L’imagerie par la transformation de la réflectance (ITR)

Processus de vernissage

Avant d’appliquer le vernis sur le métal, la surface était décapée dans un bain d’acide et rincée par plusieurs bains d’eau. La surface était ensuite polie mécaniquement ou au brunissoir (pour obtenir une surface brillante sans retirer de la matière) et finalement dégraissée. L’étape de l’application du vernis suivait (méthodes chaudes ou froides). La surface de la plaque de fer assure la diffusion de la chaleur sur l’entièreté de l’objet. La chaleur provoque la réticulation* presque immédiate du vernis. Comme exemple de procédé à chaud, la surface était prête à l’application lorsqu’un sifflement audible se faisait entendre quand le pinceau chargé de vernis venait toucher la surface du métal chaud9. Pour le vernissage à chaud, les objets étaient chauffés sur un poêle. Pour le vernis à froid, l’objet était brossé et vernis à température ambiante et ensuite placé dans un four. Si lors de l’application la surface est trop chaude, le vernis frise. A l’inverse, si la surface est trop froide, le vernis est terne10. Le résultat final dépend également de la couleur de l’alliage sélectionné11. Au XIXème siècle, le vernis était appliqué au pinceau, notamment en poils de putois ou de petit-gris (fig. 3). L’ouvrage de Roseleur est un des ouvrages qui nous renseignent plus précisément sur les gestes du vernisseur : pour les surfaces ornementées, l’excès de vernis était retiré avec un blaireau (ou un pinceau en soie de porc). Les deux pinceaux se tenaient avec la même main (fig. 1), le blaireau tenu dans la paume fermée afin de limiter l’intervalle d’utilisation des deux outils. Les objets ronds se vernissaient au tour12. Le récipient du vernis (fig. 2) était en verre ou en faïence, où un fil de laiton est tendu sur la partie supérieure. Ce dernier permettait de débarrasser le pinceau de l’excès de vernis. On le refermait avec un couvercle pour éviter l’évaporation du solvant13.

Principes de fonctionnement

L’imagerie par la transformation de la réflectance (ITR) ou Reflectance Transformation Imaging (RTI) est une technique d’imagerie basée sur le principe Polynomial Texture Maps (PTM), développé par Tom Malzbender et Dan Gelb dans les laboratoires Hewlett Packard (HP) en 2001. Cette méthode, noninvasive, est capable d’accentuer les déformations et la texture de la surface14. La technique consiste à produire une séquence d’images où l’objet et l’appareil photographique se trouvent à une position fixe, où seul l’éclairage change. Chaque image est éclairée par une source lumineuse ponctuelle à une position connue15. Un logiciel transforme et synthétise l’ensemble des images réalisées en un seul fichier interactif de haute définition. Sur le plan mathématique, un algorithme calcule la normale à la surface* (fig. 4) pour chaque pixel en utilisant les informations provenant des angles d’éclairage (fig. 5-6). Plus précisément, les différents angles d’éclairage fournissent un échantillon de données et par des outils de statistiques, l’algorithme calcule les coefficients d’un polynôme de régression en résolvant un système linéaire. Les coefficients obtenus permettent ainsi d’obtenir la normale à la surface. Cette normale calculée en chaque point va fournir les informations sur les spécificités de la surface en 3D16. Il enregistre également les informations colorimétriques (RGB)17. Le résultat final est un fichier 2D que l’on peut se représenter comme une carte visuelle ou un « hémisphère virtuel de lumière »18. Il est visionné avec un logiciel, permettant un contrôle interactif de l’éclairage. On visualise la surface de l’objet comme si elle était éclairée par une source ponctuelle de lumière, peu importe sa position19.

Méthodes Il existe actuellement deux méthodes officielles : la Highlight-Reflectance Transformation Imaging (HRTI) et le light array, un dôme d’éclairage. La H-RTI (fig. 7) nécessite du matériel généralement disponible dans les musées : un trépied, un appareil photographique fixe, deux sphères réfléchissantes, une ficelle et une source de lumière (fig. 10). Cette technique, qui requiert en moyenne 35 à 40 clichés, demande que l’on place à côté de l’objet deux sphères noires réfléchissantes et brillantes dans une position fixe. En déplaçant la source lumineuse, l’angle d’éclairage est localisé sur cette sphère (fig. 8). La réflexion sur les sphères permet au logiciel de détecter le point lumineux sur la sphère pour chaque photographie et de calculer l’angle exact d’éclairage de l’image20. Afin d’obtenir un fichier ITR exploitable, la distance de la source lumineuse à l’objet doit être constante. On utilise une ficelle pour la mesurer. La distance recommandée est égale à trois ou quatre fois le diamètre de l’objet étudié21. La deuxième technique, light array, utilise un dôme préfabriqué (fig. 9) où l’éclairage est obtenu par des sources d’éclairages fixées à des positions connues (généralement des LED) (fig. 10).

Le dôme est noir et mat afin de minimiser les éclairages parasites. Le logiciel utilise la position connue de la lumière pour établir un plan lumière, un fichier informatique qui cartographie l’angle de la lumière, pour associer chaque image à l’angle d’éclairage22. Les avantages de cette technique sont la position de l’éclairage préétablie, une rapidité de la prise de vue, un gain de temps et une systématique23. Elle est cependant plus coûteuse et encombrante que la H-RTI et il y a une restriction pour la forme et la taille de l’objet24. D’autres méthodologies sont apparues ces dernières années. On peut mentionner celle développée en 2016 par Samantha Thi Porter, étudiante à l’Université du Minnesota25. Il s’agit d’une méthode intermédiaire entre la méthode « Highlight » et le dôme. Le principe consiste à faire tourner un bras en quart de cercle (fig. 11), gradué de 4 angles lumineux (15°, 30°, 45°, 60°), sur un plateau circulaire stationnaire gradué de 0° à 345°. Le plateau est posé sur une base imprimée en 3D et le bras est fixé à un plateau tournant.

Application du vernis Il s’agit exclusivement d’une application artisanale, au pinceau. On peut ainsi étudier à la fois la couleur du vernis et les traces d’application (avec des hétérogénéités d’application probables). Eprouvettes planes : L’application des vernis s’est déroulée dans le laboratoire de chimie de la HE-Arc (conditions thermohygrométriques 20.9°C et 30 % HR). Les éprouvettes sont préalablement dépoussiérées et dégraissées à l’acétone (fig. 72-73, p. 73). Les vernis sont ensuite appliqués avec un pinceau plat, imitation « petit gris »37 (fig. 16), dans le sens du laminage. Avant l’application, le pinceau est essoré sur un fil en laiton tendu autour d’un récipient en verre pour retirer l’excès de vernis. Le pinceau est rincé à l’éthanol dès qu’on change de vernis. Lors des premiers essais de vernissage, à froid, un voile mat se formait pendant le séchage (fig. 75, p. 74). Pour faciliter l’application et éviter ce phénomène, les éprouvettes ont été préalablement chauffées à l’étuve à env. 35°C38 (fig. 74, p. 73). Des phénomènes d’interférence sont apparus sur les éprouvettes polie-miroirs, probablement parce que la couche de vernis appliquée est trop fine (fig. 82, 8 Eprouvettes cylindriques (fig. 71, p. 73) : Pour respecter l’application traditionnelle des objets ronds, les éprouvettes cylindriques ont été vernies au tour40 (fig. 17) avec un pinceau à poils de blaireau (2″) dans l’atelier mécanique de la HE-Arc CR. Les éprouvettes sont préalablement chauffées avec un décapeur thermique à env. 37°C. La température est estimée en approchant la main (fig. 76, p. 74). En raison de la dureté du pinceau, la surface polie-miroir a été rayée. Conditions de l’application : comme les éprouvettes ne sont pas vernies dans une chambre blanche, de la poussière s’est incrustée dans la couche de vernis. 4, 86, p. 77)39.

Surface réfléchissante

Un élément central de la méthodologie consiste à résoudre le problème lié au pouvoir réfléchissant de la surface métallique des éprouvettes polie-miroirs. L’une des premières solutions apportée fut de placer un carton blanc autour de l’objectif, technique employée au Museum Conservation Institute Smithsonian Institution pour réaliser des fichiers ITR sur des daguerréotypes63. Les résultats obtenus n’étaient toutefois toujours pas concluants, une partie de l’objectif était encore visible sur la surface réfléchissante métallique (fig. 33). Nous avons décidé de déplacer le plateau de telle sorte que le reflet ne soit plus visible sur la surface (fig. 34). Cette solution présentait encore deux désavantages, à savoir la perte du principe du dôme virtuel et le fait que l’éprouvette ne soit plus au centre de la photographie. Un autre compromis devait être trouvé. Nous avons décidé de basculer légèrement l’appareil photo de 5° vers l’avant (fig. 34). Avec cette solution, l’objectif de l’appareil photo disparaît de la surface métallique, nous nous rapprochons du dôme virtuel et l’objet réfléchissant est au centre de l’image, permettant un cadrage rapproché.

Le désavantage est un impact sur les propriétés géométriques de l’objet, avec une légère déformation de la perspective. Figure 34 : choix des paramètres pour les surfaces réfléchissantes. Un phénomène optique a rapidement été identifié sur les surfaces satinées et polie-miroirs. Lors des prises de vue, on observe, pour chaque éprouvette, un reflet lumineux sur la surface métallique aux angles 60° et 240° du plateau stationnaire (fig. 185-188, p. 112)64. Le halo lumineux sur l’éprouvette polie-miroir est une réflexion spéculaire*, celle de l’éprouvette satinée, une réflexion diffuse*65. Ce phénomène, que l’on ne peut contrôler, est lié à l’orientation de surface.

Table des matières

Remerciements
Table des matières
Résumé
Abstract
Introduction générale
Problématique de conservation
Objectifs
Organisation
Chapitre 1 : Les vernis anciens sur alliage cuivreux
1.1. Fonctions des vernis
1.2. Contexte historique
1.3. Composition des vernis
1.4. Processus de vernissage
Chapitre 2 : L’imagerie par la transformation de la réflectance (ITR)
2.1. Principes de fonctionnement
2.2. Méthodes
2.3. Utilisation en conservation-restauration
Chapitre 3 : Définitions des objets de l’étude
3.1. Définition des vernis de référence pour l’étude
3.2. Définition des éprouvettes
3.3. Application du vernis
3.4. Constats d’état des éprouvettes
3.5. Mesures de courant Foucault
3.6. Conditionnement des éprouvettes
3.7. Conditions de conservation des éprouvettes durant l’étude
3.8. Choix des objets historiques
Chapitre 4 : Mise en place de la méthodologie ITR
4.1. Construction d’un dispositif
4.2. Matériels et prises de vue
4.3. Surface réfléchissante
4.4. Gestion de l’imprécision de l’image
4.5. Spécificités méthodologiques
4.6. Traitements informatiques des images
4.7. Interactivité
Chapitre 5 : Etude comparative
5.1. Techniques d’imagerie sélectionnées
5.2. Exploitabilité des fichiers ITR
5.3. Lecture des résultats de l’étude
5.4. Résultats sur les éprouvettes
5.4.1. Critère 1 : mise en évidence des modes d’application du vernis
5.4.2. Critère 2 : mise en évidence des paramètres du vernis
5.4.3. Critère 3 : mise en évidence des traces de surface
5.5. Résultats sur les objets historiques
5.5.1. Horloge électrique à mouvement secondaire (no d’inventaire IV-1035)
5.5.2. Frise (no d’inventaire IV-957)
5.5.3. Pendulette de voyage 6
Chapitre 6 : Discussion des résultats
Chapitre 7 : Bilan critique
7.1. Atouts et limites de l’imagerie par la transformation de la réflectance (ITR)
7.2. Limites de l’étude
7.3. Gestion du projet
Conclusion générale
Références bibliographiques
Glossaire

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