Résultat de la recherche
Study on historical potash-lime silicate glass corroded in the presence of volatile organic compounds
Le verre historique transparent présente de nombreux défis en matière de documentation et de suivi. En raison de leur complexité chimique et de leurs conditions de stockage, de nombreuses questions sur leur documentation et leurs mécanismes de corrosion restent sans réponse. Ce projet visait à développer un nouveau protocole de contrôle, basé sur des techniques d'imagerie non destructives. Le projet portait sur les objets en verre du Musée national suisse datant du 17e au 20e siècle. En raison de conditions de stockage inappropriées dans le passé, les objets étudiés étaient dans un état de corrosion irréversible et, par conséquent, afin de mettre en oeuvre les mesures appropriées, une recherche sur les mécanismes de la corrosion était nécessaire. Pour atteindre cet objectif, un protocole de vieillissement artificiel a été mis en place pour soumettre les verres modèles à des conditions similaires à celles des verres historiques et induire une corrosion pendant une durée d'au moins 18 mois en présence de COV, à savoir l'acide acétique et l'acide formique, ainsi que d'une humidité relative fluctuante ou fixe. Ces verres modèles corrodés ont été périodiquement contrôlés pour caractériser la corrosion sur la base des changements physiques et chimiques en utilisant diverses techniques d'analyse chimique et d'imagerie, dont la plupart étaient non invasives. Une terminologie a été développée pour décrire les différents signes de corrosion du verre. La combinaison d'analyses chimiques et d'imagerie a permis de catégoriser la corrosion, même à un stade précoce. Les changements chimiques tels que les changements dans les espèces de silicate et la composition des produits de corrosion ont été compris grâce à la spectroscopie IRTF et Raman, tandis que la microscopie numérique et l'imagerie de transformation par réflectance se sont avérées utiles pour quantifier les deux signes visibles de la corrosion, à savoir les néocristallisations de sels humides et les fissures. L'imagerie hyperspectrale dans le domaine de l'infrarouge à ondes courtes s'est avérée la plus utile pour identifier la corrosion à un stade précoce. Elle a permis non seulement de visualiser des caractéristiques sur l'ensemble du verre modèle, dont certaines n'étaient pas visibles à l'oeil nu, mais aussi d'obtenir des preuves spectrales de l'absorption d'eau et d'hydroxyles, qui ont pu être utilisées comme indicateur pour quantifier la corrosion. La corrosion du verre a été exacerbée par la présence de COV qui ont formé des néocristallisations humides de sels de formate sur la surface du verre en cas de corrosion à des concentrations plus élevées de COV et ont formé des sels de formate et d'acétate en cas de corrosion à des concentrations plus faibles de COV. Des corrélations ont été trouvées entre divers paramètres de corrosion tels que les changements de poids, la zone couverte par les néocristallisations de sels humides, l'épaisseur de la couche d'altération, les rapports de pics Raman et IRTF, la densité des fissures, l'eau et l'hydroxyle absorbés par la matrice du verre et les ions alcalins lessivés du verre en vrac. Le protocole proposé dans cette recherche peut donc faciliter l'identification précoce de la corrosion du verre, ce qui pourrait aider les conservateurs et les scientifiques de la conservation à appliquer des méthodes de conservation préventive appropriées et à stocker les objets historiques en verre dans des conditions adéquates. Abstract Transparent historical glass presents many challenges in its documentation and monitoring. Due to their chemical complexity as well as their storage conditions, many questions about their documentation and corrosion mechanisms lay unanswered. This project aimed to develop a new monitoring protocol, based on non-destructive imaging techniques. The project was concerned with the glass objects of the Swiss National Museum belonging to the 17th to 20th century. Due to inappropriate storage conditions in the past, the objects under study were in an irreversible corroded state and therefore, in order to implement the appropriate measures, research about the mechanisms of corrosion was necessary. To achieve this aim, an artificial aging protocol was setup to subject the model glasses to conditions similar to those of the historical glasses and induce corrosion for a duration of at least 18 months in the presence of VOCs namely acetic acid and formic acid as well as fluctuating or fixed relative humidity. These corroded model glass were periodically monitored to characterize the corrosion based on physical and chemical changes using various chemical analytical and imaging techniques, most of which were noninvasive. A terminology was developed for describing the various signs of glass corrosion. The combination of chemical and imaging analyses was successful in categorizing corrosion even at an incipient stage. The chemical changes such as changes in silicate species and composition of the corrosion products were understood using FTIR and Raman spectroscopy while digital microscopy and reflectance transformation imaging proved to be helpful in quantifying the two visible signs of corrosion i.e., wet salt neocrystallizations and cracks. Hyperspectral imaging in the short-wave infra-red range was found to be the most useful to identify corrosion at an early stage. Not only it did provide visualization of features over the whole model glass, some of which could not be seen with naked eyes, but also the spectral evidence of water and hydroxyl absorption which could be used as a proxy for quantifying corrosion. Glass corrosion was exacerbated by the presence of VOCs which formed wet formate salt neocrystallizations on the glass surface in case of corrosion in higher VOC concentrations and formed both formate and acetate salts in case of corrosion in lower VOC concentrations. Correlations were found between various parameters of corrosion such as weight changes, area covered by wet salt neocrystallizations, alteration layer thickness, Raman and FTIR peak ratios, crack density, water and hydroxyl absorbed by the glass matrix and the alkali ions leached out of the bulk glass. Some of the techniques along with few modifications such as digital photography and digital microscopy were also applied on actual historical objects and helped to validate the aging protocol which produced corrosion similar to that found on the objects. The proposed protocol in this research thus can facilitate the early identification of corrosion of glass which could help conservators and conservation scientists to apply suitable preventive conservation methods and to be able to store historical glass objects in proper conditions.