In situ 3D characterization of historical coatings and wood using multimodal nonlinear optical microscopy

International audienceWe demonstrate multimodal nonlinear optical imaging of historical artifacts by combining Second Harmonic Generation (SHG) and Two-Photon Excited Fluorescence (2PEF) microscopies. We first identify the nonlinear optical response of materials commonly encountered in coatings of cultural heritage artifacts by analyzing one- and multi-layered model samples. We observe 2PEF signals from cochineal lake and sandarac and show that pigments and varnish films can be discriminated by exploiting their different emission spectral ranges as in luminescence linear spectroscopy. We then demonstrate SHG imaging of a filler, plaster, composed of bassanite particles which exhibit a non centrosymmetric crystal structure. We also show that SHG/2PEF imaging enables the visualization of wood microstructure through typically 60 µm-thick coatings by revealing crystalline cellulose (SHG signal) and lignin (2PEF signal) in the wood cell walls. Finally, in situ multimodal nonlinear imaging is demonstrated in a historical violin. SHG/2PEF imaging thus appears as a promising non-destructive and contactless tool for in situ 3D investigation of historical coatings and more generally for wood characterization and coating analysis at micrometer scale. © 2012 OS

Etude physico-chimique des vernis d’un corpus d’instruments de musique européens du 15e au 18e siècle - approche historique et perspectives de conservation

Various, and often contradictory, hypotheses have been raised for more than a century concerning the composition of ancient varnishes of musical instruments, in particular those made by Antonio Stradivari. Neither these hypotheses, nor the rare experimental results, allow grasping correctly the varnishing processes used by European instrument-makers until the end of the 18th century. The aim of this PhD work is to confront information collected in historical sources with the analysis of a group of instruments varnishes using a specific analytical methodology. First, the study of written and iconographical documents shows that a general and coherent understanding of this topic is not achievable on the basis of these sole elements. Then, a methodology organizing and optimizing chemical analytical methods is elaborated to characterize ancient varnishes of musical instruments. It prioritizes in situ and non destructive analyses, and, when micro-sampling is possible, its analysis is optimized. Thus, techniques as spectroscopies (EDXRF, fluorimetry), micro-spectrometries (FTIR/synchrotron, Raman), separative analyses (GC/MS, Py-GC/MS) and imaging techniques (SEM/EDX, OCT) have been applied to varnishes of a corpus of seventy instruments from European collections, mainly the one in Musée de la musique, Paris. Results deal both with the stratigraphy and the chemical –organic and inorganic– composition of each of the identified strata. These results bring novel insights to the history of varnishing techniques and suggest new approaches to the conservation of these varnished musical instruments and of all their values.Diverses hypothèses, souvent contradictoires, ont été émises sur la composition des vernis anciens d’instruments de musique, comme ceux d'Antonio Stradivari, et ce depuis plus d'un siècle. Ni ces hypothèses ni les quelques résultats expérimentaux apportés ne permettent aujourd'hui de bien appréhender les processus de vernissage suivis par les luthiers jusqu'à la fin du 18e siècle en Europe. L’objectif de cette thèse est de confronter les informations rassemblées dans les sources historiques à l’analyse d’un certain nombre de vernis d’instruments d’époque grâce à une méthodologie analytique spécifique. L'étude des sources écrites et iconographiques montre qu'une compréhension globale et cohérente du sujet n'est pas possible sur la base de ces seuls éléments. Puis, une méthodologie ordonnant et optimisant les méthodes d'analyse physico-chimique est élaborée pour caractériser des vernis anciens d'instruments de musique. Elle privilégie les analyses in situ et non destructives, et lorsqu’un micro-prélèvement est possible, l’analyse de celui-ci est optimisée. Ainsi les techniques spectroscopiques (EDXRF, fluorimétrie), de micro-spectrométrie vibrationnelle (IRTF/synchrotron, Raman), d'analyses séparatives (GC/MS, Py-GC/MS) et d'imagerie (MEB/EDX, OCT) ont été appliquées à des vernis issus d’un corpus de soixante-dix instruments de collections patrimoniales européennes, en premier lieu celle du Musée de la musique de Paris. Les résultats obtenus portent à la fois sur la structure stratigraphique et sur la composition chimique, organique et inorganique, de chacune des strates identifiées dans le vernis. Ces résultats contribuent à apporter des éléments inédits sur l'histoire des techniques de vernissage et permettent d’aborder sous un angle nouveau les questions liées à la conservation de ces instruments de musique vernis et de toutes les valeurs qui y sont attachées

Le vernis des violons italiens, histoire d’un mythe

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Le violon Sarasate, stradivarius des virtuoses

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Etude physico-chimique des vernis d'un corpus d'instruments de musique européens du 15e au 18e siècle (approche historique et perspectives de conservation)

Diverses hypothèses, souvent contradictoires, ont été émises sur la composition des vernis anciens d instruments de musique, comme ceux d'Antonio Stradivari, et ce depuis plus d'un siècle. Ni ces hypothèses ni les quelques résultats expérimentaux apportés ne permettent aujourd'hui de bien appréhender les processus de vernissage suivis par les luthiers jusqu'à la fin du 18e siècle en Europe. L objectif de cette thèse est de confronter les informations rassemblées dans les sources historiques à l analyse d un certain nombre de vernis d instruments d époque grâce à une méthodologie analytique spécifique. L'étude des sources écrites et iconographiques montre qu'une compréhension globale et cohérente du sujet n'est pas possible sur la base de ces seuls éléments. Puis, une méthodologie ordonnant et optimisant les méthodes d'analyse physico-chimique est élaborée pour caractériser des vernis anciens d'instruments de musique. Elle privilégie les analyses in situ et non destructives, et lorsqu un micro-prélèvement est possible, l analyse de celui-ci est optimisée. Ainsi les techniques spectroscopiques (EDXRF, fluorimétrie), de micro-spectrométrie vibrationnelle (IRTF/synchrotron, Raman), d'analyses séparatives (GC/MS, Py-GC/MS) et d'imagerie (MEB/EDX, OCT) ont été appliquées à des vernis issus d un corpus de soixante-dix instruments de collections patrimoniales européennes, en premier lieu celle du Musée de la musique de Paris. Les résultats obtenus portent à la fois sur la structure stratigraphique et sur la composition chimique, organique et inorganique, de chacune des strates identifiées dans le vernis. Ces résultats contribuent à apporter des éléments inédits sur l'histoire des techniques de vernissage et permettent d aborder sous un angle nouveau les questions liées à la conservation de ces instruments de musique vernis et de toutes les valeurs qui y sont attachées.Various, and often contradictory, hypotheses have been raised for more than a century concerning the composition of ancient varnishes of musical instruments, in particular those made by Antonio Stradivari. Neither these hypotheses, nor the rare experimental results, allow grasping correctly the varnishing processes used by European instrument-makers until the end of the 18th century. The aim of this PhD work is to confront information collected in historical sources with the analysis of a group of instruments varnishes using a specific analytical methodology. First, the study of written and iconographical documents shows that a general and coherent understanding of this topic is not achievable on the basis of these sole elements. Then, a methodology organizing and optimizing chemical analytical methods is elaborated to characterize ancient varnishes of musical instruments. It prioritizes in situ and non destructive analyses, and, when micro-sampling is possible, its analysis is optimized. Thus, techniques as spectroscopies (EDXRF, fluorimetry), micro-spectrometries (FTIR/synchrotron, Raman), separative analyses (GC/MS, Py-GC/MS) and imaging techniques (SEM/EDX, OCT) have been applied to varnishes of a corpus of seventy instruments from European collections, mainly the one in Musée de la musique, Paris. Results deal both with the stratigraphy and the chemical organic and inorganic composition of each of the identified strata. These results bring novel insights to the history of varnishing techniques and suggest new approaches to the conservation of these varnished musical instruments and of all their values.PARIS-Museum Hist.Naturelle (751052304) / SudocSudocFranceF

Insights into the varnishes of historical musical instruments using synchrotron micro-analytical methods

E-MRS symposium conference, Strasbourg, June 2007.Though ancient violins and other stringed instruments are often revered for the beauty of their varnishes, the varnishing techniques are not so much known. In particular, very few detailed varnish analyses have been published so far. Since 2002, a research program at the Musée de la musique (Paris) is dedicated to a detailed description of varnishes on famous ancient musical instruments using a series of novel analytical methods. For the first time, results are presented on the study of the varnish from a late 16th century Venetian lute, using synchrotron micro-analytical methods. Identification of both organic and inorganic compounds distributed within the individual layers of a varnish microsample has been performed using spatiallyresolved synchrotron FTIR microscopy. The univocal identification of the mineral phases is obtained through synchrotron powder X-ray diffraction. The materials identified may be of outmost importance to understand the varnishing process and its similarities with some painting techniques. In particular, the proteinaceous binding medium and the calcium sulfate components (bassanite and anhydrite) that have been identified in the lower layers of the varnish microsample could be related, to a certain extent, to the grounds materials of earlier Italian paintings

Multiphoton microscopy : an efficient tool for in situ study of historical artifacts

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Study of varnish layers with optical coherence tomography in both visible and infrared domains

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