Le bois des vitrines des musées contribue à la corrosion des objets en verre

Quoi de plus banal que des vitrines de musée, partiellement fabriquées en bois et recelant des œuvres et des objets d’art ? Mais la nature de ces meubles s’avère ne pas être si anodine pour la conservation des objets en verre anciens. En effet, le bois relargue des vapeurs organiques polluantes du type acide acétique, acide formique ou encore formaldéhyde. Une étude, actuellement menée dans le cadre d’une thèse en co-tutelle entre le Centre pour la Science et l’Ingénierie des Matériaux d’Edimbourg (CMSE pour « Centre for Materials Science and Engineering ») et le Laboratoire de Dynamique Interactions et Réactivité (LADIR, unité mixte de recherche CNRS-université Pierre et Marie Curie), s’attache à la compréhension des mécanismes d’attaque du verre. Laurianne Robinet, étudiante en thèse, étudie la détérioration, et en particulier la chimie de la corrosion en relation avec les conditions de conservation, d’objets en verre appartenant aux musées nationaux d’Écosse. Ces objets proviennent des collections de verres britanniques et islamiques datant des 19^e et 20^e siècles. Ces collections ont été tout particulièrement choisies car elles sont caractérisées par la détérioration rapide d’un certain nombre de leurs objets. Ces objets, fabriqués à partir d’un verre moins stable que les verres actuels, peuvent présenter des gerçures, ce défaut qui se manifeste sous forme d’un réseau de fines craquelures à l’intérieur d’un vase en verre qui lui font perdre sa transparence.
L’équipe de chercheurs a utilisé la spectroscopie Raman pour étudier la structure chimique du matériau. De plus, la spectroscopie de masse d’ions secondaires (SIMS) a permis d’étudier l’altération de la couche de surface du verre, en particulier la variation de la teneur en sodium avec la distance à la surface. Les scientifiques décrivent un mécanisme en deux temps et pour lequel les variations climatiques saisonnières, en particulier l’humidité, jouent un rôle important. Le verre de sodosilicate contient des ions sodium et réagit avec l’humidité de l’air. La première étape de la réaction consiste en l’échange de protons (H+) et d’ions hydronium (H3O+) provenant de l’humidité de l’air avec des ions métalliques alcalins (typiquement les ions sodium) qui quittent le verre. Le taux d’extraction des ions alcalins est contrôlé par des phénomènes de diffusion et varie avec la racine carrée du temps. L’objet en verre se couvre alors d’un film alcalin collant composé d’hydroxyde de sodium et d’eau. Toutefois, le réseau silice reste encore inchangé à ce stade. Le caractère alcalin de la surface ne fait que croître et, quand le pH de celle-ci dépasse 9, la décomposition du réseau de silice débute : il s’agit de la deuxième étape du processus de détérioration. Les effets des deux réactions ne peuvent être séparés et se produisent en même temps : ils ont pour conséquence des changements à la fois chimiques et structuraux.
L’équipe écossaise a recréé en laboratoire un certain nombre de scénarios de vieillissement accéléré qui lui ont permis d’établir que le verre, l’humidité de l’air et les solvants organiques issus du bois interagissaient. Selon les chercheurs, lorsque le verre est soumis uniquement à de l’humidité, le pH de la solution présente à la surface du verre est élevé, du fait de la formation d’hydroxyde de sodium ; les liaisons du réseau silice sont alors attaquées. Mais la combinaison des polluants organiques et de l’humidité de l’air crée une atmosphère acide qui accélère la première étape de l’altération, soit la réaction d’échange d’ions et donc l’appauvrissement de la structure du verre en ions sodium. Dans ce cas, la solution d’hydroxyde de sodium est neutralisée par le polluant acide. Les scientifiques ont observé que, dans le cas d’une atmosphère acide, la seconde étape de la détérioration, celle qui correspond à la dissolution du réseau silice, est ralentie. Les résultats obtenus par spectroscopie Raman suggèrent que, quoique la structure de la couche modifiée soit différente, de nouvelles liaisons sont créées dans les deux cas quand la silice hydratée repolymérise.
L’accélération de la décomposition des objets en verre anciens conservés par les musées écossais découlerait donc de la combinaison de trois facteurs : la composition instable du verre, les variations d’humidité de l’air et les pollutions générées par les vitrines en bois.

Sources : The Royal Society of Chemistry, 26/09/05 ; Materials World, mars 05 ; LADIR ; CMSE

Auteur : D^r Anne Prost