La couleur dans l'art : lumière sur la spectrométrie

La couleur a une importance particulière dans l'art. Les artistes utilisent différentes techniques comme la technique des glacisglacis ou le mélange des pigments, par exemple. Par ailleurs, certains tableaux de maîtres peuvent être étudiés sans dégât grâce, notamment, à la spectrométrie. La modélisation des propriétés optiques des couches picturales permet quant à elle de reconstituer l'aspect visuel d'une œuvre d'art et peut aider à sa restauration.

Grâce à la modélisation des propriétés optiques des couches picturales, il est possible de reconnaître les différentes techniques artistiques et d'expliquer leurs aspects visuels spécifiques. Cette recherche fournit également une aide à la restauration en simulant l'aspect d'une œuvre virtuellement vernie ou dévernie.

Comparer les techniques artistiques

L'exemple suivant illustre l'approche scientifique qui a pu être faite en comparant la technique des glacis, qui a révolutionné la peinture au XV^e siècle, à celle du mélange de pigments. La modulationmodulation des couleurs était obtenue :

• soit en modifiant le nombre de couches de glacis chez les Primitifs flamands (Van Der Weyden) ;
• soit par addition de pigments blancs ou noirs chez les Primitifs italiens (Daddi).

Œuvre de Van Der Weyden. © DR

La couleur semble provenir du fond de l'œuvre dans le premier cas, alors qu'elle semble n'être créée qu'en surface dans le second cas.

Ces effets visuels spécifiques ont été interprétés en modélisant le trajet de la lumière à l'intérieur de la matièrematière picturale dans le cadre de la diffusiondiffusion multiple incohérente. Des mesures de couleur par spectrocolorimétrie non destructive réalisables in situ permettent ainsi actuellement d'identifier ces deux techniques sans prélèvement. (Laboratoire d'optique des solidessolides, CNRS-université Paris 6).

L'art et la science : l'étude non destructive des œuvres

L'étude des œuvres d'art ou celle des objets vivants, précieux car uniques, nécessite de développer des mesures non destructives (sans prélèvement), sans contact et réalisables in situ (instrument portable). Les résultats doivent être obtenus en temps réel, pour pouvoir être discutés en présence des différents acteurs de la recherche (restaurateurs, conservateurs, cosméticiens, chimistes...).

Voici par exemple comme fonctionne le principe de la goniospectrophotocolorimétrie. (Le goniospectrophotocolorimètre appartient à la catégorie des spectrophotomètres bi-directionnels). Une lumière blanche (halogènehalogène) produit un faisceau parallèle qui éclaire la surface à étudier. La lumière réfléchielumière réfléchie et diffusée par la surface est recueillie dans la même direction que la lumière incidente (rétro-diffusion), puis dispersée par un réseau et analysée par un capteurcapteur. (D'après un article de Mady Elias - Institut des NanoSciences de Paris, INSP).

Différents pigments. © DR

La goniométrie et la spectrométrie

Avec la goniospectrophotocolorimétrie, il est alors possible :

• d'enregistrer l'intensité lumineuse recueillie en fonction de l'angle d'observation, à une longueur d'ondelongueur d'onde donnée. (La goniométrie permet de décrire quantitativement l'état géométrique d'une surface et plus précisément ses écarts par rapport à un plan moyen). Cette méthode non destructive est appliquée pour étudier les modifications des états de surface engendrés par des facteurs extérieurs (vieillissement d'un vernisvernis, vieillissement de la peau, influence du rayonnement UVUV, lissage de la surface provoqué par un revêtement de protection, effet de différents traitements des tissus, des papiers ou de produits hydratants en cosmétique). Elle permet également de distinguer les trois techniques artistiques d'applicationapplication de l'or dans les œuvres d'art, qui conduisent à des états de surface différents. On devine ainsi, sans prélèvement, comment l'artiste a procédé, il y a plusieurs centaines d'années.
• d'enregistrer l'intensité lumineuse normalisée en fonction de la longueur d'onde, pour un angle d'observation donné (spectrométrie). La spectrométrie permet d'identifier la nature d'un pigment ou d'un colorant. Le spectrespectre de réflexion diffuse d'un tel chromophorechromophore est considéré comme sa signature optique. Le spectre d'une surface colorée inconnue est ainsi comparé aux spectres d'une base de donnéesbase de données de pigments et colorants de référence. La résolutionrésolution en longueur d'onde est suffisante pour distinguer ainsi deux pigments très voisins, comme Cr2O7 et Cr207* 2H₂O.

Spectre oxyde chrome (voir ci-dessus). © DR

Cette méthode d'identification recoupe les résultats obtenus par spectrométrie Raman, également non destructive. La spectroscopie de réflexion diffuse permet également de choisir expérimentalement les matériaux de consolidation ainsi que leurs techniques d'application, qui ne doivent pas modifier l'aspect visuel d'une œuvre à restaurer. Elle est enfin l'outil de validation privilégié des modélisations de l'aspect visuel : dévernissage ou vernissage virtuel d'une peinture, hydratationhydratation virtuelle d'une peau.

La colorimétrie

La goniospectrophotocolorimétrie permet aussi de calculer les coordonnées colorimétriques à partir du spectre précédent (colorimétrie).

La couleur d'un objet dépend de la source lumineuse qui l'éclaire, de la nature de l'objet et de l'observateur. Elle se quantifie par trois coordonnées colorimétriques, calculées à partir d'un illuminant standard, du spectre de réflectance de l'objet et des trois fonctions caractéristiques d'un œilœil standard, liées aux trois types de cônescônes de la rétinerétine.

Cet observateur de référence fictif a été obtenu à partir de la moyenne des réponses d'un panel de sujets réels. On obtient un constat colorimétrique chiffré, en un lieu et à une date donnés, qui pourra être utilisé par comparaison pour observer une évolution de la couleur.

Barques de Van Gogh, des bleus et des jaunes… © DR

Il est ainsi possible de vérifier quantitativement si les conditions d'éclairage ou d'hygrométriehygrométrie lors d'une exposition prolongée en salle modifient la couleur d'une œuvre fragile, d'effectuer un suivi colorimétrique au cours d'une restauration (décider d'arrêter un allègement de vernis lorsque la couleur n'évolue plus), de tester l'effet colorimétrique de produits cosmétiques et de produits de traitement des papiers ou tissus...

La colorimétrie permet également de comparer la palette d'un artiste au cours de sa vie, la palette de différents artistes ayant vécus à la même époque et dans une même région. Il est donc possible, toujours sans prélèvement, de réaliser des mesures colorimétriques dans un même drapé par exemple et de deviner la technique utilisée par l'artiste il y a plusieurs centaines d'années.