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Évaluation de l’efficacité du stylo à ultrasons à travers une interface de type gel pour le retrait de cires et résines

Elsa BERGÈS[1] & Cécile PASSAQUAY[2]

Introduction

Une étude[3] menée à l’INP en 2024 porta sur l’utilisation d’un stylo à ultrasons pour le nettoyage de taches sur textile et sur bois. Les résultats présentés étaient encourageants, la sensibilité des encrassements aux ultrasons ayant été démontrée. Toutefois, le nettoyage obtenu ne satisfaisait pas les standards de la conservation-restauration. Considérant le potentiel de cette technique, nous avons souhaité affiner notre appréhension de cet outil.

Principe théorique et débuts

Le nettoyage à ultrasons repose sur l’émission d’une onde à haute fréquence dans un milieu conducteur d’ondes. L’usage d’un milieu de conduction comme interface est donc indispensable.

L’emploi d’ultrasons en conservation-restauration est mentionné pour la première fois dans un billet de R. M. Organ, paru en 1959, qui expose une technique de nettoyage pour métaux en cuve à ultrasons[4]. Depuis les années 1960, cette méthode semble couramment employée dans le domaine de l’archéologie pour le retrait de concrétions sur supports inorganiques (métal, céramique, pierre)[5]. Le détartreur à ultrasons a également fait ses preuves pour le nettoyage de sculptures[6]. Les matériaux organiques tels les os, les plumes[7] et les fibres textiles font par ailleurs l’objet de nettoyages de ce type. Mais la technique ne semble pas avoir été testée sur le bois, probablement du fait de la forte atténuation des ondes ultrasonores par ce matériau.

Après les années 1990, les publications se sont faites plus rares, sans que l’on puisse évaluer l’étendue de l’usage de cette technique. Parmi les travaux les plus récents, on trouve une étude menée au sein du Victoria & Albert Museum, appliquée aux textiles, parue en 2018[8]. En 2024, le nettoyage par ultrasons a fait l’objet d’un dossier de recherche conduite à l’atelier Sculpture de l’INP, réalisé par Louwik Barbedette (non publié), ainsi que d’un PEEX (voir ci-dessous).

Problématique

En 2024, le stylo fut employé selon trois configurations : sans interface, avec de l’eau et avec une double interface eau-bondina. L’utilisation d’un gel Nanorestore HWR Dry Gel fut aussi envisagée mais écarté en raison de sa mauvaise conduction des ondes. Or, l’utilisation des gels aqueux comme interface de propagation des ultrasons est courante en imagerie médicale. C’est pourquoi nous avons tenu à explorer cette piste au cours de nos expérimentations.

Afin d’évaluer au mieux l’efficacité de cette combinaison gel-ultrasons, nous avons choisi des matériaux insensibles à l’action des gels aqueux seuls, donc hydrophobes, tels des cires et des résines. Ces matériaux sont susceptibles de servir comme vernis, comblements ou adhésifs de restauration sur des œuvres en bois, en pierre ou en terre cuite. Ils se révèlent en fluorescence visible induite par rayonnement ultraviolet (UV). Le retrait de ces matériaux, le cas échéant, nécessite une action mécanique et, souvent, l’apport de solvants. L’objectif de la présente étude PEEX fut donc d’évaluer la réponse de ces matériaux à des ultrasons conduits dans un milieu de type gel aqueux, sur plusieurs supports de porosité distincte. Afin de s’inscrire dans la suite des travaux de 2024, le même stylo à ultrasons[9] a été choisi pour l’ensemble des tests.

Méthodologie des tests

Choix des matériaux et préparation des éprouvettes

L’efficacité des gels aqueux, rigides ou visqueux, fut estimée via une première série de pré-tests : les gels rigides, tels la gomme gellane et le gel d’agar-agar ne donnèrent pas de résultats satisfaisants ; les gels visqueux, comme la Laponite (à 10 %), la gomme xanthane et le Pemulen (chacun à 2 % et à 4 %) présentèrent de meilleures performances ; le Pemulen à 2 % permit de retirer le plus de colle. Il fut retenu comme interface pour l’ensemble de nos tests.

Une seconde série de pré-tests permit de sélectionner les quatre matériaux à nettoyer qui feraient l’objet d’un dépôt sur les éprouvettes définitives :

  • gomme-laque ;
  • colophane ;
  • colle blanche vinylique de marque Sader;
  • mélange de cire d’abeille et de cire de carnauba en proportions 70/30, solubilisé dans le white spirit.

La porosité du support influençant a priori la pénétration des substrats à dégager, nous souhaitions tester plusieurs niveaux de porosité. Nous avons sélectionné pour cela huit supports voués chacun à accueillir six dépôts des quatre matériaux précédemment listés :

  • placage de hêtre[10];
  • chêne[11];
  • bois ciré[12];
  • bois traité au vernis Roubo[13];
  • contreplaqué de peuplier[14];
  • calcaire ;
  • marbre ;
  • terre cuite.

Sur chaque support, nous avons donc disposé six dépôts de chaque matériau à nettoyer : une éprouvette témoin et cinq éprouvettes expérimentales numérotées de 1 à 5 [fig. 1].

Plaquettes de test des supports marbre et chêne.

figure 1. Plaquettes de test des supports marbre et chêne. © Elsa Bergès, Cécile Passaquay.

Paramètres de l’expérimentation

Lors des tests, le gel fut appliqué sur toute la surface de chaque dépôt, y compris sur les éprouvettes témoins – mais ces derniers ne furent pas soumis aux ultrasons. Le temps d’application des ultrasons fut déterminé selon l’aire de chaque dépôt, à raison d’une minute par centimètre carré. Une pause de quelques secondes était marquée après une minute d’utilisation afin d’éviter la surchauffe. La pointe du stylo était déplacée lentement dans le gel, au plus proche du matériau à retirer. Le gel était ensuite retiré à la spatule et les résidus rincés avec un coton humide.

Méthodes d’analyse

L’efficacité des traitements par matériau et par support fut évaluée en comparant les surfaces avant et après tests. Le pourcentage de retrait, noté  , fut calculé pour chaque emplacement selon la formule suivante :

Ainsi, chaque éprouvette fut photographiée en fluorescence visible induite en UV, avant et après les tests. Les images obtenues furent mises à l’échelle et binarisées sur le logiciel ImageJ [fig. 2] pour calculer les aires des dépôts. À partir de ces résultats et des calculs, des diagrammes furent obtenus via R.

Il advint cependant, à l’issue de quelques tests, que l’épaisseur du dépôt soit réduite mais pas son aire. Les analyses furent donc complétées par une appréciation visuelle et par comparaison de photographies avant et après traitement en lumière visible et en lumière rasante.

Éprouvettes en fluorescence UV (365 nm) et binarisées, avant et après traitement.

figure 2. Éprouvettes en fluorescence UV (365 nm) et binarisées, avant et après traitement. © Elsa Bergès, Cécile Passaquay.

Résultats

L’ensemble des résultats sont présentés ci-dessous [fig. 3a, 3b].

Diagramme en boîte présentant le pourcentage de retrait en fonction des matériaux.

figure 3a. Diagramme en boîte présentant le pourcentage de retrait en fonction des matériaux.

Diagramme en boîte présentant le pourcentage de retrait en fonction des matériaux.

figure 3b. Diagramme en boîte présentant le pourcentage de retrait en fonction des matériaux.

Une tendance s’observe : l’effet des ultrasons sur la colle blanche et la gomme laque est globalement faible, tandis que les résultats obtenus sur la cire et la colophane sont plus épars [fig. 3c].

Diagramme en boîte présentant le pourcentage de retrait en fonction des matériaux.

figure 3c. Diagramme en boîte présentant le pourcentage de retrait en fonction des matériaux.

En tout, trois critères furent appréciés [tabl. 1] :

  • l’efficacité du nettoyage ;
  • la dégradation du support : observation à l’œil nu et en lumière rasante ;
  • l’étalement des résidus : observation à l’œil nu et en luminescence UV.
Appréciation des résultats et de l’innocuité du nettoyage des quatre matériaux sur les huit supports sélectionnés.

tableau 1. Appréciation des résultats et de l’innocuité du nettoyage des quatre matériaux sur les huit supports sélectionnés. © Elsa Bergès, Cécile Passaquay.

Aucune des combinaisons support-matériau n’aboutit à un bon résultat dans les trois critères à la fois. Toutefois, la combinaison cire-hêtre est encourageante [fig. 4].

Éprouvette présentant des résultats acceptables dans chacun des trois critères.

figure 4. Éprouvette présentant des résultats acceptables dans chacun des trois critères. © Elsa Bergès, Cécile Passaquay.

De plus, il apparaît qu’une « bonne » efficacité s’accompagne souvent d’une altération du support. Les ultrasons ont tendance à endommager les traitements de surface du bois, en particulier le vernis Roubo, nettement blanchi, à la manière d’un chanci [fig. 5].

Altération importante du support vernis Roubo, en lumière visible et en fluorescence UV.

figure 5. Altération importante du support vernis Roubo, en lumière visible et en fluorescence UV. © Elsa Bergès, Cécile Passaquay.

Sur le calcaire et sur le marbre, la surface s’en trouve souvent piquetée [fig. 6].

Exemple d’altération du support marbre, lumière rasante.

figure 6. Exemple d’altération du support marbre, lumière rasante. © Elsa Bergès, Cécile Passaquay.

Par ailleurs, un étalement du dépôt s’observe presque systématiquement dans le cas de la colophane, parfois de la cire. Cela est particulièrement observable sur les matériaux les plus poreux, comme la terre cuite [fig. 7].

Exemples d’étalement des résidus sur le support terre cuite, lumière visible et fluorescence UV.

figure 7. Exemples d’étalement des résidus sur le support terre cuite, lumière visible et fluorescence UV. © Elsa Bergès, Cécile Passaquay.

Enfin, sur les bois bruts, nous avons constaté l’apparition d’un voile jaune en fluorescence UV [fig. 8], indétectable en lumière visible, recouvrant toute la zone des tests. Il peut s’agir de résidus de Pemulen pour lesquels le rinçage aura été insuffisant.

Apparition d’un voile visible en fluorescence UV.

figure 8. Apparition d’un voile visible en fluorescence UV. © Elsa Bergès, Cécile Passaquay.

Discussion

Tout d’abord, dans le cas de la gomme-laque, relevons quelques valeurs aberrantes, dues aux résultats obtenus sur hêtre et sur terre cuite [fig. 3]. Diverses explications peuvent être avancées : variabilité du support, variabilité du geste, aléas lors de la binarisation.

En outre, nous obtenons des résultats très variés pour la cire et la colophane, qui se retirent parfois très bien, parfois très mal. Nous nous attendions à obtenir de bons résultats sur des surfaces peu poreuses, comme les bois traités, et moins bons sur des surfaces très poreuses comme le calcaire et la terre cuite. La comparaison des résultats obtenus pour la colophane sur bois ciré et sur calcaire va effectivement en ce sens. Cependant, si l’on systématise l’observation à l’ensemble des supports, il apparaît par exemple que la colophane a été correctement retirée de la terre cuite, poreuse, et mal retirée de la surface enduite de vernis Roubo, peu poreuse. Il semble donc difficile d’établir un lien direct entre porosité du matériau et efficacité des ultrasons. De même, il ne semble pas possible d’établir une corrélation entre qualité du nettoyage et nature – organique ou minérale – du support.

À la suite de ces expériences, il semble que le nettoyage par ultrasons a donc bien un effet, même minime, sur les matériaux non hydrosolubles. Toutefois, il est malaisé de déduire quel phénomène exact agit, entre l’impact dû à l’éclatement des bulles ou la chaleur qui s’en dégage. Par exemple, la colophane était ramollie après chaque passage et dégageait une odeur d’essence de térébenthine.

De plus, les dépôts de colle blanche n’étaient pas assez anciens pour devenir tout à fait hydrophobes. Il est donc possible que l’action ici mesurée soit davantage due au gel aqueux.

Enfin, le stylo ne permet pas un travail très précis : le matériau à retirer se trouve rapidement mélangé au gel, ce qui entraîne un manque de visibilité. Il s’avère en outre difficile de maintenir un geste régulier et réplicable à chaque échantillon.

Conclusion

Cette étude a permis de démontrer quelques effets du stylo à ultrasons à travers une interface en gel aqueux visqueux : tous les matériaux réagissent, même de façon minime comme la gomme-laque et la colle blanche. Toutefois, à l’issue des tests, il apparaît que le nettoyage obtenu ne correspond pas aux standards de conservation-restauration, puisque tantôt celui-ci était insuffisant, tantôt menait à une dégradation du support – voire les deux, notamment dans le cas des pierres et des bois traités.

De nouvelles recherches sur d’autres types de dépôts ou dédiées à trouver la fréquence adaptée pourraient s’avérer intéressantes à l’avenir.

 

[1] Élève restauratrice, spécialité sculpture, promotion 2022-2027, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine.

[2] Élève restauratrice, spécialité mobilier, promotion 2022-2027, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine.

[3] Timothy PASQUET et al., « Efficacité et modalités d’utilisation du stylo à ultrasons pour le nettoyage de taches diverses sur textile et bois », Variations patrimoniales, 2024 [en ligne], https://doi.org/10.58079/12g9h [lien valide en octobre 2025].

[4] Robert M. ORGAN, « Treatment using ultra-sonic vibrations », Studies in conservation, vol. 4, n° 1, 1959, p. 35-38.

[5] Robert F. G. SPIER, « Ultrasonic cleaning of artifacts. A preliminary consideration », American Antiquity, vol.  26, n° 3, 1961, p. 410-414.

[6] Kenneth F. B. HEMPEL, « The restoration of two marble statues by Antonio Corradini », Studies in conservation, vol. 14, n° 3, 1969, p. 126-131.

[7] Gerry BARTON & Sabine WEIK, « Ultrasonic cleaning of ethnographic feather work in aqueous solutions », Studies in conservation, vol. 31, n° 3, 1986, p. 125-132.

[8] Gabrielle CROWTHER, Netanya SCHIFF & Stefani CAVAZOS, « Applications of ultrasonic cleaning for historic textiles. Micro-analysis of potential damage to textile fibres using scanning electron microscopy », V&A conservation, vol. 65, 2018 [en ligne], https://www.vam.ac.uk/blog/caring-for-our-collections/application-of-ultrasonic-cleaning-for-historic-textiles-micro-analysis-of-potential-damage-to-textile-fibres-using-scanning-electron-microscopy [lien valide en octobre 2025].

[9] Appareil commercialisé par Little Martin’s Drawer, fonctionnant à une fréquence constante de 51 kHz.

[10] Débit radial, épaisseur ≈ 3 mm.

[11] Bois massif, débit tangentiel, épaisseur ≈ 10 mm.

[12] Cire d’abeille et cire de carnauba en proportions 70/30, solubilisé dans le white spirit.

[13] Sandaraque, mastic en larme, gomme élémi, solubilisés dans le butanone.

[14] Épaisseur ≈ 10 mm.


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OpenEdition vous propose de citer ce billet de la manière suivante :
INP (9 octobre 2025). Évaluation de l’efficacité du stylo à ultrasons à travers une interface de type gel pour le retrait de cires et résines. Variations patrimoniales. Le carnet de l’INP. Consulté le 6 février 2026 à l’adresse https://doi.org/10.58079/14vqw


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