La région infrarouge (IR) du spectre électromagnétique jouxte celle du rouge visible (de longueur d’onde légèrement plus grande). L’infrarouge peut traverser la matière picturale. Sa profondeur de pénétration dépend de l’épaisseur et de la composition de la matière picturale, ainsi que de la longueur d’onde du rayonnement IR. Les rayonnements IR qui ont une grande longueur d’onde traversent les couches de peinture, mais ils seront absorbés par les noirs, une propriété qui permet aux chercheurs d’utiliser l’infrarouge pour voir sous les couches picturales.

Deux techniques d’imagerie très distinctes recourent à l’infrarouge à des fins d’analyse : la photographie à l’infrarouge (IRP) et la réflectographie à l’infrarouge (IRR). L’IRP s’obtient à l’aide d’un appareil photo muni d’un dispositif à couplage de charge (CCD), mais un tel appareil est sensible seulement jusqu’à environ 1 000 nm. À cette longueur d’onde, les couleurs claires, comme les rouges et les blancs, transmettent les longueurs d’onde infrarouge, mais pour pénétrer les verts et les bleus, il faut recourir à l’IRR. La réponse spectrale des appareils de prise de vue IRR varie en fonction de la composition de base des détecteurs. L’appareil OSIRIS IRR de l’Université Queen’s est muni d’un détecteur InGaAs qui couvre un spectre de 1 700 nm.

L’IRR est particulièrement bien outillé pour révéler les dessins sous-jacents des tableaux des primitifs flamands, car ces artistes traçaient leurs compositions à l’aide d’un matériau foncé contenant du carbone sur une couche de préparation blanchâtre hautement réfléchissante. L’analyse du style et de la technique employés pour créer les dessins sous-jacents est utile pour étayer ou réfuter l’attribution des œuvres. Elle aide également à reconstituer le processus créatif et, par exemple, à établir la différence entre une composition originale et une copie, ou à discerner des modes de collaboration au sein d’un atelier. Comme elle permet de révéler les couleurs plus foncées, cette technique est complémentaire à la radiographie qui, de manière générale, enregistre les couleurs claires, comme le blanc de plomb.

La lumière ultraviolette

La lumière ultraviolette (UV) est un des outils d’éclairage les plus largement utilisés pour l’analyse des peintures et autres œuvres. Deux techniques différentes recourent aux rayons UV : la fluorescence ultraviolette et la réflectance ultraviolette. La technique par fluorescence consiste à éclairer un matériau avec une source de rayonnement UV, ce qui stimule la fluorescence à une longueur d’onde supérieure à celle de la source d’excitation, de sorte que la fluorescence qui en découle se traduit généralement par l’émission de lumière visible. Dans le domaine du patrimoine culturel, on utilise la microscopie à fluorescence – fluorescence primaire et fluorescence secondaire –, qui repose sur ce processus. Lorsqu’un matériau émet de la lumière fluorescente par lui-même, on parle de « fluorescence primaire ». Un matériau non fluorescent doit quant à lui être marqué par des substances appelées fluorochromes pour être visualisable. On parle alors de « fluorescence secondaire ». L’imagerie par réflexion de rayons ultraviolets est une technique qui consiste à éclairer un objet avec une source de lumière UV. Cette lumière est ensuite réfléchie par l’objet et enregistrée par un ensemble de détecteurs sensibles aux UV. Soulignons que les rayons ultraviolets sont aussi couramment utilisés lors d’enquêtes médico-légales sur les lieux de crime.

 

Sous un éclairage UV, les couches de pigment et de vernis ne montrent pas la même fluorescence, ce qui permet de détecter les endroits où il y a eu des retouches, puisque les matières appliquées plus tardivement absorbent les rayons UV et présentent une apparence plus sombre. Par exemple, les vieilles résines naturelles, comme le dammar ou le mastic, paraissent jaunes ou brunes sous la lumière naturelle, mais elles prennent une teinte vert jaunâtre sous un éclairage ultraviolet. Dans de nombreux cas, cependant, les retouches anciennes ne sont pas visibles sous UV. Cette fluorescence peut être photographiée à l’aide d’un appareil photo muni d’un filtre spécial. L’examen d’un tableau sous UV apporte aussi parfois des renseignements supplémentaires qui permettent d’identifier certains pigments entrant dans sa composition et de retracer l’histoire de ses nettoyages antérieurs.

La spectrométrie de fluorescence X

Grâce à sa capacité d’analyse multi-élémentaire non destructive, la spectrométrie de fluorescence X (SFX) est une technique efficace largement utilisée dans le domaine du patrimoine culturel. L’analyseur SFX émet un faisceau de photons à haute énergie qui interagissent avec les éléments subatomiques (les électrons) des atomes de la matière picturale, lesquels émettent en retour des rayons X dont les niveaux d’énergie correspondent aux atomes présents dans ladite matière. La spectrométrie de fluorescence X est une méthode non destructive qui permet d’étudier la composition élémentaire des œuvres, notamment de la matière picturale et de la couche de préparation.

L’analyse qualitative par spectrométrie de fluorescence X peut servir à identifier des pigments d’un échantillon à un endroit précis. La SFX peut détecter et identifier des éléments plus lourds présents dans de nombreux pigments. L’appareil utilisé pour cette étude peut mesurer avec exactitude les éléments chimiques allant du calcium jusqu’au plomb (dans le tableau périodique). Par exemple, le pigment rouge, qui dérive du cinabre, est un mélange contenant du mercure et du soufre. L’azurite est un minerai de couleur bleue essentiellement composé de cuivre. Ce ne sont là que deux exemples où la SFX peut contribuer à déterminer les pigments employés. Cette méthode fournit également des données semi-quantitatives sur la quantité relative des éléments présents dans un échantillon.

Par le passé, la SFX était une méthode micro-destructive, car il était nécessaire de prélever un échantillon du tableau pour effectuer l’analyse sur un appareil fixe. Ces appareils, toujours en usage, peuvent analyser des échantillons beaucoup plus petits que les analyseurs SFX portatifs plus récents. Ils sont par conséquent utiles lorsque des analyses plus précises sont requises.

L’analyseur SFX portatif a le double avantage d’être non invasif et de permettre les analyses in situ. Il s’agit ainsi d’une méthode intéressante pour mener des analyses préliminaires de pigments, toutefois, ces nouveaux appareils comportent également des inconvénients. De nombreux appareils permettent d’examiner des échantillons relativement grands (entre 5 et 10 mm), de sorte que le spectre de fluorescence X peut comporter plusieurs mélanges de pigments, ce qui complique la lecture des données élémentaires de chacun des pigments. Une autre source de complication est la capacité de pénétration du faisceau de rayons X. Selon leur potentiel de pénétration et la composition de l’échantillon, il est possible que des données provenant d’autres couches sous la surface soient également prélevées. Comme la matière picturale consiste souvent en des mélanges complexes, l’interprétation du spectre requiert la participation d’un spécialiste.

Co-enregistrement d’images obtenues par différentes méthodes

L’enregistrement d’images consiste à aligner deux images numériques ou plus d’un même objet. Il s’agit de saisir une multitude d’images en utilisant une même méthode, par exemple un appareil photo numérique, dont les images sont ensuite stabilisées. On peut également utiliser d’autres senseurs ou appareils d’imagerie. Les images numériques multiples d’un objet comportent des informations complémentaires, comme les bords de la photo ou les contrastes au sein de l’image. Ces renseignements semblables servent à trouver le meilleur moyen mathématique d’aligner les images. Pour effectuer le co-enregistrement de plusieurs images de tableaux obtenues par différentes méthodes, nous avons conçu un logiciel sur mesure à l’aide du code source ouvert Insight Segmentation and Registration Toolkit. Nous avons effectué le co-enregistrement d’images en utilisant l’information commune comme mesure de similarité, et nous avons eu recours à une application affine pour enregistrer chaque type d’image. Le processus était complexe en raison de la grande taille des fichiers numériques et du contraste entre les images obtenues par les différentes méthodes. Le choix de la mesure de similarité à utiliser a représenté un défi, en particulier dans le cas des images aux rayons X.