Institut des
NanoSciences de Paris
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Analyse non-destructive d’un violon du XVIIIe siècle par tomographie optique cohérente (OCT)

La tomographie optique cohérente (OCT) est une technique d’imagerie basée sur le principe de l’interférométrie à partir d’une source à faible cohérence temporelle. Elle permet d’obtenir une imagerie tridimensionnelle, sans prélèvement ni contact. Elle est donc particulièrement adaptée à l’étude des objets du patrimoine, fragiles et uniques. Le dispositif original développé à l’INSP permet d’atteindre une résolution spatiale micrométrique, sans avoir à déplacer l’objet étudié. Un violon du XVIIIe siècle a ainsi été étudié pour la première fois par OCT en visualisant les fibres du bois, l’épaisseur du vernis et les charges pigmentaires présentes.

L’OCT est une technique désormais établie dans le domaine de l’imagerie biomédicale où des appareils commerciaux en particulier pour l’ophtalmologie sont disponibles. Toutefois, leurs résolutions spatiales, autour de la dizaine de micromètres, ne permettent pas de résoudre certaines structures particulièrement intéressantes dans le domaine du patrimoine : pigments, fibres du bois, ... Pour répondre à ces besoins, un dispositif spécifique permettant d’obtenir une résolution micrométrique a été développé à l’INSP. Pour améliorer la résolution latérale, le principe de l’interféromètre de Linnick a été retenu (interféromètre de Michelson dans lequel ont été introduits des objectifs de microscope). Pour améliorer la résolution axiale, une source de faible cohérence temporelle a été choisie. Pour éviter d’avoir à déplacer l’objet étudié, un objectif interférométrique de Mirau a permis de rassembler les deux bras de l’interféromètre en un seul. Enfin, le domaine du visible a été privilégié pour accéder à une future identification spectrale des pigments imagés, alors que l’OCT était développée jusque là dans le domaine de l’infrarouge.

Les œuvres d’art soulèvent de nombreuses interrogations sur les matériaux qui les composent et les techniques de réalisation. Les méthodes optiques, sans contact et non destructives, telles que l’OCT, permettent de multiplier les zones d’analyse par rapport aux techniques habituelles basées sur des prélèvements.

Afin d’évaluer les apports de l’OCT à l’étude des instruments de musique anciens, un protocole d’étude en collaboration avec un ingénieur de recherche de la Cité de la musique et un luthier-restaurateur a été mis en œuvre. Des échantillons modèles ont été réalisés selon les techniques traditionnelles de lutherie. La structure du bois seul (ici de l’érable ondé largement présent au niveau du dos, de la tête et des éclisses des instruments à cordes) a été imagée par OCT et comparée aux images de microscopie optique obtenues sur des prélèvements des mêmes échantillons. Les résultats démontrent que l’OCT permet d’imager la structure xylologique du bois, sans prélèvement et in situ et mettre en évidence la taille et l’arrangement des fibres du bois.

Comparaison entre les images OCT in situ et les images de microscopie optique après prélèvement de l'érable ondé selon les coupes traditionnelles utilisées en xylologie :} (a) et (d) plan radial, (b) et (e) plan tangentiel et (c) et (f) plan transverse | © INSP {JPEG}

Figure1 : Comparaison entre les images OCT in situ et les images de microscopie optique après prélèvement de l’érable ondé selon les coupes traditionnelles utilisées en xylologie : (a) et (d) plan radial, (b) et (e) plan tangentiel et (c) et (f) plan transverse

Les images OCT réalisées sur des échantillons composés de plusieurs couches de vernis apposées sur du bois illustrent la possibilité d’accéder à de nouvelles informations : épaisseur des couches de vernis, présence d’éventuelles charges, tout en visualisant la structure du bois sous-jacent.

Coupe axiale tomographique d'une couche préparatoire (v) contenant des charges de plâtre et d'alun (flèche) déposée sur de l'érable ondé dont les fibres sont nettement visibles. | © INSP {JPEG}

Figure 2 : Coupe axiale tomographique d’une couche préparatoire (v) contenant des charges de plâtre et d’alun (flèche) déposée sur de l’érable ondé dont les fibres sont nettement visibles.

Fort de cette validation sur des échantillons modèles, un violon italien du 18e siècle a été étudié in situ en différentes localisations. Des charges présentes dans une couche d’un vernis de retouche ont pu être localisées et les épaisseurs de différentes couches de vernis ont été évaluées. Ces informations sont d’une grande importance pour la connaissance historique, la conservation et la restauration des instruments de musique.

Analyse in-situ par OCT d'un violon italien du 18 siècle | © INSP {JPEG}

Figure 3 : Analyse in-situ par OCT d’un violon italien de Landolfi du 18e siècle (collection privée)

Pour en savoir plus :

Structural and optical properties of wood and wood finishes studied using optical coherence tomography : application to an 18th century Italian violin
Gaël Latour, Jean-Philippe Echard, Balthazar Soulier, Isabelle Emond, Stéphane Vaiedelich, Mady Elias, Applied Optics 48, 6485-6491 (2009)

Laboratoire de recherche et de restauration de la Cité de la musique