La mousse de colle d’esturgeon : actions du rayonnement UV et de l’humidité relative

Thomas KAMMER[1], Étienne de SAUVAGE[2], Maroussia DURANTON[3] & Mandana SAHEB[4]

Introduction

Les mousses polyuréthanes et l’art

Le polyuréthane (PU) est inventé en 1937. Les industriels s’intéressent à ce matériau facile à produire à un coût très bas. C’est au début des années 1950 que les premières mousses sont mises au point. Celles-ci sont d’abord peu stables et se désagrègent rapidement. De nouvelles formulations et synthèses permettent de leur conférer une plus grande stabilité dans le temps.

Au début des années 1960, la mousse PU commence à être utilisée par des artistes, notamment au sein du mouvement Arte povera par Piero Giraldi pour ses Tapis-nature. En France, le sculpteur César est le premier à en faire un usage important pour sa série d’« expansions ». Elle est depuis utilisée par de nombreux artistes et designers. C’est notamment un matériau essentiel de nombreuses pièces de mobilier, en particulier pour la garniture des sièges.

En dépit des progrès industriels dont elle a bénéficié, la conservation de la mousse PU demeure problématique, et présente un véritable défi pour les professionnels de la conservation-restauration[5]. Des recherches autour de sa consolidation ont été réalisées[6], mais d’après les informations dont nous disposons, aucun matériau pour son comblement n’a été développé. L’enjeu actuel est de trouver un matériau stable, compatible avec ces mousses et qui présente un aspect similaire.

Mousse de colle d’esturgeon

Des essais d’élaboration de mousses à partir de matériaux naturels ont été réalisés dans le cadre d’une restauration menée en 2019[7]. De la colle d’esturgeon, chargée en pigment noir, a été utilisée pour combler des lacunes de mousse PU noire. La formulation de cette mousse de colle d’esturgeon présente un excellent résultat en termes d’aspect et de texture. À cet égard, ce matériau semble très intéressant pour le champ de la conservation des mousses PU.

La colle d’esturgeon

La colle d’esturgeon[8] fait partie des colles issues de protéines animales. Elle est principalement constituée de collagène extrait des arêtes et de la peau du poisson bouillies. Elle est sensible et réversible à l’eau. De couleur jaune ambre clair, elle se rétracte fortement lors du séchage.

Du fait de son utilisation fréquente en conservation-restauration, principalement pour les matériaux bois et associés, la stabilité sur le long terme et la réversibilité de la colle d’esturgeon sont admises. En revanche, son utilisation sous forme de mousse est nouvelle. À notre connaissance, aucune étude n’a été réalisée sur ce sujet.

Objectif de l’étude

L’étude a pour objectif d’obtenir de premières données sur la durabilité de ce matériau. Dans ce but, une mousse fabriquée selon la recette de François Duboisset est soumise à deux procédures de vieillissements artificiels. L’une est effectuée sous rayonnement ultraviolet (UV) tandis que l’autre consiste, à température constante, à soumettre le matériau à différentes humidités relatives (HR). L’effet de ces vieillissements sur la masse, la couleur et les dimensions des éprouvettes est ensuite observé.

Matériel et méthodes

Les éprouvettes

Pour cette étude, trois lots d’éprouvettes sont réalisés à partir d’une même préparation de colle d’esturgeon en grains[9] à 33 %[10] dans l’eau et avec un pigment noir[11]. Le premier, sans pigment, est dit « blanc », le deuxième dit « gris » est chargé à 0,003 %3 de pigment, et le troisième « noir » est chargé à 0,018 %3.

Les grains de colle sont plongés dans l’eau durant une nuit puis le mélange est chauffé au bain-marie jusqu’à liquéfaction. Le pigment est ajouté. Le mélange est retiré du bain et battu à l’aide d’un fouet électrique. La mousse obtenue est coulée dans des moules cylindriques[12].

Des éprouvettes de mousse PU sont réalisées en coupant des cubes dans de la mousse PU expansée. Un lot témoin est conservé au sein de l’atelier où la température et l’HR sont régulées[13].

Vieillissement en enceinte lumineuse

Un vieillissement artificiel sous rayonnement UV est organisé [tabl. 1]. Les éprouvettes sont placées dans une enceinte ventilée contenant six néons UV[14]. Celle-ci est stockée dans un local dont les conditions thermo-hygrométriques ne sont pas contrôlées. Une seule face de l’éprouvette reçoit un flux constant de rayonnement UV. Des relevés de l’intensité lumineuse sont effectués à l’aide d’un UV mètre[15], et un suivi thermo-hygrométrique est réalisé[16]. L’intensité moyenne relevée est de 65.103 μW.lumen-1 (en comparaison, un niveau maximum de 75 μW.lumen-1 est recommandé[17] pour l’exposition).

tableau 1. Conditions de réalisation des tests de vieillissement en enceinte lumineuse.

Vieillissement en enceinte climatique

Une campagne de vieillissements artificiels en enceinte climatique est réalisée [tabl. 2]. L’Institut canadien de conservation (ICC) recommande, pour la conservation des plastiques, une « température fraîche et une HR < 65 %[18] ». Les conditions thermo-hygrométriques ont été choisies afin d’être supérieures à ces dernières et favoriser le vieillissement. Une température stable d’environ 40 °C est fixée avec une étuve[19]. Quatre HR différentes sont fixées à l’aide de solutions salines saturées contenues dans des boîtes hermétiques[20]. Les conditions thermo-hygrométriques sont relevées.

Les HR relevées avec les solutions salines[21] seules à 40 °C sont différentes de celles enregistrées lors des vieillissements en présence des échantillons. Des interactions avec la mousse d’esturgeon en sont peut-être à l’origine. Les résultats ont tout de même pu être exploités.

tableau 2. Conditions de réalisation des tests de vieillissement en enceinte climatique.

Tests d’évaluation

Des tests d’évaluation sont réalisés afin d’analyser le vieillissement du matériau selon trois cirières : les variations massiques, colorimétriques et dimensionnelles.

Mesure de masse

Trois pesées sont réalisées avec une balance de précision[22]. La première a lieu avant les campagnes de vieillissement artificiel, la seconde après vieillissement artificiel, directement en sortie d’enceinte UV ou climatique, et la troisième après plusieurs semaines en atelier à l’atmosphère contrôlée.

Prises de vues photographiques

Les prises photographiques sont réalisées[23] avant et après vieillissement dans une boîte photographique, et s’appuient sur l’usage d’une charte colorimétrique. Deux traitements sont appliqués avec le logiciel Adobe Photoshop. Le premier permet de relever les valeurs L*a*b* moyennes de la surface de l’échantillon. Le second permet une conversion pixel/cm pour relever l’aire de la surface des éprouvettes.

Résultats

Des micro-organismes se sont développés à la surface des échantillons exposés à une HR de 99 %. Aucune mesure n’a pu être effectuée sur ceux-ci.

Bien que les conditions climatiques en enceinte lumineuse n’aient pas été stables (19 °C < T < 28 °C ; 31 % < HR < 62 %), les variations massiques et dimensionnelles des éprouvettes sont peu significatives (< 2 %). Elles ne sont pas présentées ici.

Variations dimensionnelles

Les deux figure ci-dessous présentent les prises de vues photographiques des éprouvettes après vieillissement, qu’il soit artificiel ou naturel [fig. 1], ainsi que les variations moyennes de dimensions[24] des éprouvettes vieillies en enceinte climatique [fig. 2][25]. Visuellement, la variation dimensionnelle est plus marquée à une HR de 94 %. Les relevés effectués corroborent cette observation. À 40 °C et 61 % d’HR, la mousse de colle d’esturgeon paraît stable, une faible variation dimensionnelle ayant lieu. Le coefficient de rétraction est inférieur à 1 % et cette variation est difficilement observable à l’œil nu. À 87 % d’HR, le coefficient de rétraction varie, selon la couleur, de 4 à 8 % et de 20 à 22 % pour une HR de 94 %.

figure 1. Prise de vue des éprouvettes après vieillissement.

figure 2. Δd des éprouvettes après vieillissement à T = 40 °C et humidité relative (HR) = 61. 87 ou 94 % exprimées en pourcentage de l’aire de la surface avant vieillissement.

Variations de masse

La figure 3 présente les variations moyennes de la masse[26] des échantillons calculées à partir des masses mesurées avant leur vieillissement artificiel en enceinte climatique, en sortie d’enceinte et après un repos de plusieurs semaines.

Des variations de masse sont observées à partir de HR = 87 % avec une augmentation entre 5 et 10 % et supérieure à 20 % pour les échantillons exposés à HR = 94 %. La masse tend ensuite à revenir proche de celle d’origine une fois que les échantillons sont sortis de l’étuve.

En revanche, on observe une prise de masse des éprouvettes. Il est à noter que la fig. 3a met en évidence une variation plus faible pour le lot noir que pour le blanc. Elle est inférieure de 33 % pour HR = 87 % et de 10 % pour HR = 94 %.

figure 3. Masse moyenne des éprouvettes lors d’un vieillissement à 40 °C pour trois humidités relatives (HR) différentes exprimée en pourcentage par rapport à la masse avant expérimentation pour trois instants : t0 = avant mise à l’étuve, t1 = à la sortie de l’étuve, t2 = après repos d’au moins 5 semaines. a. Schéma général du pourcentage de variation de la masse. b. Δm pour HR = 61 %. c. Δm pour HR = 87 %. d. Δm pour HR = 94 %.

Variations colorimétriques

La figure 4 présente les écarts de couleur (ΔE[27]) des éprouvettes après vieillissement artificiel en enceinte lumineuse et climatique par rapport aux éprouvettes vieillies naturellement.

Pour les échantillons ayant subi un vieillissement sous rayonnement UV [fig. 4a], des variations colorimétriques sont visibles. Lors des observations visuelles directes, un fort jaunissement est visible sur les mousses PU tandis qu’un palissement du lot blanc est perceptible. Ceci est corroboré par les valeurs de ΔE comprises entre 7 et 10. Les lots gris et noir subissent de légères variations du même ordre de grandeur que celles des éprouvettes témoins (ΔE < 3). Pour l’ensemble de ces éprouvettes, une variation rapide de ΔE est observée après une semaine d’exposition.

Lors des tests en enceinte climatique, on note de faibles variations colorimétriques [fig. 4b]. Elles semblent s’accentuer à une HR = 94 % pour les lots pigmentés mais diminuer pour le lot blanc. Lors d’une observation visuelle directe, les mousses chargées semblent avoir une couleur plus foncée à une HR = 94 %.

figure 4. Variation moyenne de la couleur des éprouvettes. a. Variation du ΔE en fonction de l’exposition au rayonnement ultraviolet (UV). b. Variation du ΔE en fonction de l’humidité relative (HR).

Interprétation

Le calcul de l’aire des éprouvettes montre que celle-ci diminue avec l’augmentation de l’HR. La mousse étant un matériau hygroscopique, elle devient visqueuse avec un apport d’eau important. Elle permet alors à l’air piégé de s’échapper. Lors du retour à une température et à une HR plus basse, et pour s’équilibrer avec le milieu, de l’eau est désorbée par l’échantillon qui retourne à sa masse initiale. Ceci entraîne une rétraction des échantillons.

Le calcul du ΔE montre que la couleur varie quel que soit le type de vieillissement réalisé.

Les éprouvettes exposées en enceinte climatique présentent un changement de l’aspect de surface. Il s’explique par la rétraction du matériau. La surface semble lissée, plus homogène et brillante. Ceci est visible à l’œil nu en sortie immédiate d’étuve. Lors de la rétraction, la densité de colle d’esturgeon augmente ainsi que la concentration en pigment des mousses chargées, expliquant les variations différentes de ΔE observées entre les mousses de colle d’esturgeon de différentes couleurs. Un noircissement des éprouvettes chargées est visible, dont le facteur principal pourrait être l’augmentation de la concentration en pigment. Pour les mousses blanches, l’augmentation de la concentration en colle d’esturgeon doit influer sur le jaunissement.

Les éprouvettes de mousse sans pigment vieillies en enceinte lumineuse montrent des variations de couleurs, elles ont tendance à blanchir. L’oxydation, et la dégradation du collagène dues aux UV pourraient en être la cause. En revanche, ces effets semblent être peu notables sur les mousses pigmentées. Les variations sont proches de celles des témoins vieillis naturellement au sein de l’atelier. L’aspect de surface hétérogène de ces mousses rend cette variation moins perceptible par l’œil.

Comme observé précédemment, les variations de masse sont moins importantes lorsque les mousses sont chargées. L’ajout d’un faible pourcentage de pigment permettrait de créer un matériau moins hygroscopique.

Conclusion

Cette étude a permis de mieux appréhender le comportement d’un matériau utilisé pour le comblement, la mousse de colle d’esturgeon, exposé à un rayonnement ultraviolet ainsi qu’à des variations d’humidité relative.

Malgré son hygroscopicité, la mousse de colle d’esturgeon semble stable. Un blanchiment, suite à son exposition à un rayonnement ultraviolet, est observé mais sans perte de matière. De plus, peu de variations sont visibles pour une humidité relative inférieure à 87 % à 40 °C. Ces conditions sont bien au-dessus des normes de conservation conseillées par l’ICC.

Une étude complémentaire pourrait être réalisée sur l’impact de charges. En plus du pigment « noir d’ivoire » qui semble augmenter la stabilité du matériau, des microballons de verre, testés mais non présentés dans cette étude, permettraient d’améliorer ces propriétés.

Ce matériau, qui semble très prometteur, présente à la fois une mise en forme et une mise en œuvre aisées. Il peut être injecté, coulé dans un moule avant qu’il ne fige, ou bien usiné une fois sec. Il laisse ainsi envisager de multiples applications.

Remerciements

Nous tenons à remercier M. François Duboisset de nous avoir permis de poursuivre ses recherches et d’être resté attentif et à l’écoute. Nous espérons avoir pu contribuer à leur avancée. Nous tenons aussi à remercier Mme Sylvie Ramel pour son aide. Nous remercions les personnes qui nous ont apporté leur aide et leur expertise : Jacques Pogu, Alexandre Deshayes, Pauline Robat, Marion Vincent, Anne Genachte-Le Bail et Angèle Dequier.

[1] Élève conservateur-restaurateur, spécialité mobilier, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine.

[2] Élève conservateur-restaurateur, spécialité mobilier, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine.

[3] Laboratoire de recherche, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine.

[4] Laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques (Lisa), UMR 7583, CNRS, université Paris-Est-Créteil, université de Paris, Institut Pierre-Simon-Laplace, Créteil, France.

[5] Thea VAN OOSTEN, Aleth LORNE & Olivier BERINGUER, PUR facts conservation of polyurethane foam in art and design, Amsterdam, Amsterdam University Press, 2011.

[6] Maëlle CARO, « Approche de la conservation-restauration des mousses polyuréthanes à travers deux cas d’étude », mémoire de master en conservation-restauration des biens culturels soutenu à l’université Paris 1 (Paris, 2016). Eleonora PELIZZI, « Étude du vieillissement des mousses polyuréthane ester et consolidation par les aminoalkylalkoxysilanes », thèse de doctorat en chimie théorique et physique analytique soutenue à l’université d’Évry-Val d’Essone (Évry, 2012). Lucille ROYAN, « Étude du vieillissement d’une double semelle de chaussure en polyuréthane ester et recherche sur sa consolidation par les aminoalkylalkoxysilanes », mémoire de master restaurateur du patrimoine soutenu à l’Institut national du patrimoine (Paris, 2013).

[7] Sylvie Ramel-Rouzet et François Duboisset, conservateur-restaurateurs spécialisé matériaux modernes.

[8] Jane L. DOWN, « Proteins », in Adhesive compendium for conservation, Ottawa, Canadian Conservation Institute, 2015, p. 36-43.

[9] Marque CTS.

[10] Pourcentages en masse (m/m) au sein du mélange colle/eau.

[11] « Noir d’ivoire » distribué par Sennelier.

[12] Moules en Mylar : hauteur = 1 cm, diamètre = 3 cm.

[13] ≈ 50 % HR et 21 °C.

[14] Sylvania Blacklight F40W T12 B368.

[15] ELSEC 765 Environmental Monitor

[16] avec un thermo-hygromètre CimeTrace 110.

[17] Jean TÉTREAULT, « Mesure du rayonnement ultraviolet. Notes de l’Institut canadien de conservation (ICC) 2/2 », Ottawa, Institut canadien de conservation, 2015 [en ligne], https://www.canada.ca/fr/institut-conservation/services/publications-conservation-preservation/notes-institut-canadien-conservation/mesure-rayonnement-ultraviolet.html [lien valide en octobre 2021].

[18] Scott WILLIAMS, « La préservation des objets en caoutchouc ou en plastique. Notes de l’Institut canadien de conservation (ICC) 15/1 », Ottawa, Institut canadien de conservation, 1997 [en ligne], https://www.canada.ca/fr/institut-conservation/services/publications-conservation-preservation/notes-institut-canadien-conservation/preservation-caoutchouc-plastique.html [lien valide en octobre 2021].

[19] Modèle Binder E028-230V-T.

[20] Marque Lock&lock.

[21] Lewis GREENSPAN, « Humidity fixed points of binary saturated aqueous solutions », Journal of research of the National Bureau of Standards. A. Physics and chemistry, vol. 81A, n° 1, 1977, p. 89-96 [disponible en ligne], https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/81A/jresv81An1p89_A1b.pdf [lien valide en octobre 2021].

[22] Mettler type AE200, degré de précision de 0,1 mg.

[23] Nikon D530, objectif Nikkor AF-S 18-70 mm 1 3.5-4.5g ed. Réglages : 1/13 s, F 16, iso 100.

[24] Δd = dimension finale / dimension initiale x 100.

[25] Évaluation de la marge d’erreur en fonction des valeurs minimale et maximale relevées.

[26] Δm = masse finale / masse initiale x 100.

[27] ∆E = √ [(L*2-L*1)2 + (a*2-a*1)2 + (b*2-b*1) sup > 2] ; évaluation de la marge d’erreur en fonction des valeurs minimale et maximale relevées.



Citer ce billet
INP (2021, 21 octobre). La mousse de colle d’esturgeon : actions du rayonnement UV et de l’humidité relative. Variations patrimoniales. Le carnet de l’INP. Consulté le 12 juin 2024, à l’adresse https://doi.org/10.58079/qd0m

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