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Caractérisation des propriétés mécaniques de consolidants temporaires : proposition de bandes de tension collées au cyclododécane, au menthol et au thymol

Carla DI MAURO[1], Théo LEVALTIER[2] & Eva BELANCOVÁ[3]

Afin de créer des rallonges sur lesquelles tirer pour mettre en tension une œuvre, les peintres et les conservateurs-restaurateurs de peinture sont amenés à employer des bandes de tension composées d’intissé de polyester ou de toile. Ces bandes sont collées sur les bords des peintures sur toile. Les adhésifs couramment utilisés (Plextol® ou Beva®) pour la pose de bandes de tension sur les peintures de chevalet présentent des problèmes de retraitabilité[4] qui induisent l’usage extensif de solvants. Ce problème pourrait être résolu par l’emploi d’adhésifs temporaires sublimables qui semblent être une excellente alternative aux adhésifs utilisés de manière standard [tabl. 1]. Cette étude porte donc sur les propriétés mécaniques de consolidants temporaires qui se subliment spontanément à température ambiante, sans traitement mécanique ou chimique. Afin de trouver des alternatives au cyclododécane (CDD) – de moins en moins disponible pour les professionnels suite à la destruction accidentelle de l’unité de production –, nous nous sommes intéressés au menthol et au thymol. À notre connaissance, ce dernier n’a jamais fait l’objet d’articles dans le domaine de la conservation-restauration.

tableau 1. Tableau comparatif des caractéristiques des bandes de tension collées avec des consolidants temporaires et des bandes de tension collées avec des résines synthétiques.

tableau 1. Tableau comparatif des caractéristiques des bandes de tension collées avec des consolidants temporaires et des bandes de tension collées avec des résines synthétiques.

État de l’art. Qu’est-ce qu’un consolidant temporaire ?

Les solides utilisés comme consolidants temporaires se subliment à température ambiante [tabl. 2]. Étudiés en conservation-restauration depuis les années 1990[5], ils sont utilisés en archéologie, dans le domaine des beaux‑arts et en contexte architectural[6] pour leur innocuité sur la couche picturale[7], les pigments[8] et les matériaux organiques[9], comme consolidant, adhésif[10] ou comme couche de protection[11]. Les consolidants connus comme le menthol et le CDD présentent l’avantage de ne laisser aucun résidu[12]. Cependant, le CDD devient cher et de moins en moins disponible. Des recherches visant à le remplacer par d’autres molécules – tel le menthol, déjà bien connu[13] – sont actuellement en cours[14].

Cependant, une grande partie de cette littérature s’attache à caractériser des problématiques de protection de surface. Les propriétés mécaniques ont peu été explorées[15]. Cette lacune soulève certaines questions :

  • Quels sont les consolidants les plus faciles à mettre en œuvre ?
  • Quelle tension maximale imposer à chaque consolidant appliqué entre deux bandes ?
  • Une fois mis en tension, quel système tient le plus longtemps ?
  • Existe-t-il des alternatives satisfaisantes au CDD ?
tableau 2. Tableau comparatif des caractéristiques des consolidants temporaires, selon la bibliographie.

tableau 2. Tableau comparatif des caractéristiques des consolidants temporaires, selon la bibliographie.

Protocole expérimental et matériel

Pré-tests

Des pré-tests ont été réalisés pour vérifier la faisabilité du projet ainsi que pour déterminer les différents paramètres de l’expérience [tabl. 3]. Notre préoccupation principale était d’utiliser des méthodes applicables au travail en atelier. Pour la conservation-restauration de peintures de chevalet, il n’existe pas de contrainte standard de tension à appliquer sur une œuvre[16]. Antonio Idelson évoque une force entre 1,5 et 2,6 N à appliquer sur chaque centimètre du périmètre de la peinture[17], mais ces valeurs ne s’abstraient pas de la géométrie et sont difficilement exploitables. En pratique, la tension appliquée sur l’œuvre est ajustée empiriquement. Par des tests sensoriels en atelier, nous avons donc arbitrairement déterminé la contrainte à appliquer à nos éprouvettes, à environ 0,1 N/mm2.

tableau 3. Tableau récapitulatif des objectifs des pré-tests et des résultats obtenus.

tableau 3. Tableau récapitulatif des objectifs des pré-tests et des résultats obtenus.

Protocole de préparation des éprouvettes

Géométrie des éprouvettes

Nous avons découpé des bandelettes de toile[18] dans le sens de la trame, tandis que l’intissé[19] a été découpé pour que ses fibres soient perpendiculaires à la sollicitation. Pour nos deux essais, douze éprouvettes avec la même surface de collage [fig. 1] ont été fabriquées par consolidant, par interface et par test, soit 108 éprouvettes au total.

figure 1. Schémas de la géométrie des éprouvettes.

figure 1. Schémas de la géométrie des éprouvettes.

Mise en œuvre des consolidants temporaires

Parmi les consolidants potentiels, nous avons d’emblée écarté le camphène, pour cause de toxicité.

Les consolidants temporaires ont été préparés dans des pots hermétiques. Chauffés au bain marie entre 50° C et 70° C jusqu’à leur fusion, les consolidants ont ensuite été appliqués au pinceau sur chaque bandelette, puis celles-ci superposées surface d’application contre surface d’application. Afin d’homogénéiser le joint de collage, une spatule chauffante a été passée par-dessus un Melinex® à une température adaptée à chaque consolidant. La toile utilisée étant assez épaisse, nous avons dépassé la température de fusion des consolidants pour que la chaleur diffusée soit suffisante :

  • CDD[20]: 100°C[21] en toile/toile, 80° C en intissé/toile ;
  • menthol[22]: 85° C en toile/toile, 60° C en intissé/toile ;
  • thymol[23]: 80° C en toile/toile, 60° C en intissé/toile.

Les consolidants sont laissés à cristalliser environ 3 heures avant leur mise en tension afin qu’ils atteignent leurs propriétés mécaniques optimales. Afin de servir de référence, des éprouvettes collées au Beva film ont été intégrées dans nos essais de résistance à la rupture.

Protocole pour les essais statiques

Toutes les éprouvettes ont été suspendues à une barre en acier [fig. 2], une masse de 400 g accrochée à leur extrémité. Deux témoins par consolidant et type d’interface ont été suspendus sans être lestés de cette masse. Un bras d’aspiration[24] était activé au‑dessus des éprouvettes pendant toute la durée des tests. L’expérience était enregistrée en accéléré par un caméscope. Une montre ayant été placée dans le champ de l’objectif, il a été possible de connaître à la minute près le temps de tenue de chaque éprouvette. La stabilité du climat (20° C ± 3, humidité relative de 50 % ± 2) a été assurée tout au long de l’expérience par des mesures régulières.

figure 2. Vue générale de la mise en suspension des échantillons pour les essais statiques.

figure 2. Vue générale de la mise en suspension des échantillons pour les essais statiques.

Protocole pour les tests de résistance à la rupture en traction

Pour déterminer les paramètres d’expérience, les comportements mécaniques de la toile et de l’intissé ont été caractérisés [fig. 3, tabl. 4]. Chaque éprouvette a été préparée de la même manière que pour les essais statiques, et mesurée individuellement avant chaque test [fig. 4]. Grâce au logiciel THSSD‑2021[25], les mesures ont été intégrées dans un tableau Excel. Une courbe modélisant la contrainte (en N/mm2) en fonction de la déformation (en %) en a été déduite pour chaque éprouvette.

figure 3. Vue générale de la machine dynamomètre 5 kN avec une éprouvette, lors des tests de traction.

figure 3. Vue générale de la machine dynamomètre 5 kN avec une éprouvette, lors des tests de traction.

tableau 4. Tableau des paramètres de la machine de traction.

tableau 4. Tableau des paramètres de la machine de traction.

figure 4. Schéma explicatif du calcul de la contrainte.

figure 4. Schéma explicatif du calcul de la contrainte.

Résultats, limites et discussion

Mise en œuvre des consolidants temporaires

De manière générale, les consolidants temporaires s’appliquent facilement au pinceau lorsqu’ils sont chauds [tabl. 5]. Rendus liquides par la chaleur, ils imprègnent les matériaux poreux que sont la toile et l’intissé, d’autant plus lorsqu’on leur ajoute du Shellsol® D40 (D40). Néanmoins, tous cristallisent plus vite sans D40 (jusqu’à cinq fois pour le thymol).

tableau 5. Tableau comparatif des observations lors de la mise en œuvre de chaque consolidant.

tableau 5. Tableau comparatif des observations lors de la mise en œuvre de chaque consolidant.

Nos joints de collage mesurent 10 cm2. Cependant, pour des surfaces plus grandes la rapidité de cristallisation du produit peut rendre son application plus difficile. Il est alors plus adapté d’appliquer le produit par zones progressives, en subdivisant la surface à badigeonner[26].

Les molécules testées étant coûteuses, le surplus non employé des consolidants a été réutilisé d’une séance à l’autre. Il est cependant très probable que les cycles chaud/froid subis par les produits aient altéré leurs propriétés physicochimiques : après trois séances, les consolidants restaient pégueux après cristallisation et avaient perdu leurs propriétés adhésives. Aussi, comme nous l’avons fait après ce constat, nous conseillons de ne préparer que la dose de consolidant strictement nécessaire. Lors de nos tests d’application, nous avons calculé une quantité appliquée comprise entre 0,2 et 0,3 g/cm2 (soit 2 à 3 kg/m2) pour tous les consolidants.

Résultat des tests de résistance à la rupture en traction

Caractérisation de la toile et de l’intissé

Afin de faciliter la lecture des résultats, un exemple représentatif a été choisi par type d’éprouvette au sein de toutes les courbes contrainte-déformation [fig. 5, fig. 6]. La toile et l’intissé sont des matériaux hétérogènes anisotropes. L’intissé se déforme jusqu’à 40 % avant de rompre après une zone plastique (c’est-à-dire pour laquelle la déformation est irréversible) très large [fig. 5]. Il supporte des contraintes plus faibles (environ 13,5 N/mm2) que la toile (environ 38,5 N/mm2), qui présente quant à elle un comportement plus rigide (la rupture apparaît après moins de déformation que pour l’intissé).

Pour les tests statiques, nous avons appliqué une contrainte d’environ 0,1 N/mm2, qui situe ce système avant le croisement des courbes, où l’intissé est plus rigide que la toile.

figure 5. Exemple de courbes contrainte-déformation pour un échantillon de toile et d’intissé.

figure 5. Exemple de courbes contrainte-déformation pour un échantillon de toile et d’intissé.

figure 6. Exemple de courbes contrainte-déformation d’une éprouvette pour chaque consolidant temporaire.

figure 6. Exemple de courbes contrainte-déformation d’une éprouvette pour chaque consolidant temporaire.

Caractérisation des consolidants temporaires

Les consolidants sont toujours plus fragiles que la toile et l’intissé [fig. 6]. On note une meilleure homogénéité du joint de collage et une plus grande souplesse avec une adjonction de 10% de D40. Les consolidants temporaires sont plus rigides que la Beva en dessous de 4 N/mm2 puis cette tendance s’inverse. Le menthol pur est le plus rigide et le plus cassant.

figure 7. À gauche : exemple de rupture cohésive dans un joint de CDD ; à droite : exemple de rupture cohésive et adhésive dans un joint de CDD.

figure 7. À gauche : exemple de rupture cohésive dans un joint de CDD ; à droite : exemple de rupture cohésive et adhésive dans un joint de CDD.

Chaque faciès de rupture correspond soit à une rupture cohésive dans le joint de consolidant [fig. 7 gauche], soit à une rupture à la fois cohésive et adhésive entre consolidant et toile [fig. 7 droite].

figure 8. Diagramme en boîte à moustaches de la résistance à la rupture des éprouvettes.

figure 8. Diagramme en boîte à moustaches de la résistance à la rupture des éprouvettes.

La résistance à la rupture de toutes les éprouvettes est bien en‑deçà de celle de la toile et de l’intissé [fig. 8]. La Beva et le CDD pur semblent présenter les meilleurs résultats. La dispersion des données étant importante, il est cependant difficile d’affirmer que les propriétés du thymol pur, thymol avec D40 et menthol avec D40 sont significativement différentes. En revanche, les faibles écart-types du thymol et surtout du menthol indiquent qu’ils sont bien plus reproductibles et donc bien plus fiables que le CDD et la Beva avec ce protocole. L’ajout de Shellsol D40 au menthol et au CDD diminue significativement leurs propriétés mécaniques. Compte tenu de la variabilité des données, il reste difficile de l’affirmer pour les autres molécules.

Résultats des essais statiques

Bien que les données soient réparties sur plusieurs jours pour chaque test, les résultats sont assez homogènes [fig. 9]. Cependant, plus la durée de tenue est longue, plus la dispersion est forte. Les éprouvettes intissé‑toile ont tenu 2 à 3 fois moins longtemps que celles en toile‑toile. Cela confirme que l’épaisseur du substrat et sa porosité influent sur la vitesse de sublimation[27]. Pour les éprouvettes toile‑toile, c’est le thymol qui tient donc le plus longtemps, avec une moyenne de 31,2 jours, contre 10,7 pour le CDD et 7,6 pour le menthol.

figure 9. Diagramme comparatif des résultats des essais statiques.

figure 9. Diagramme comparatif des résultats des essais statiques.

Limites

Malgré nos efforts pour produire des échantillons représentatifs, homogènes et reproductibles, nous avons identifié les limites suivantes qui ont pu influer sur la dispersion et la représentativité des résultats :

  1. la Beva se présentant sous forme de film, il est difficile de s’assurer qu’elle a adhéré de manière homogène au substrat sans endommager l’éprouvette ;
  2. le nombre d’éprouvettes par test a été limité pour des raisons de temps et de budget ;
  3. le découpage des bandelettes de toile et d’intissé n’était pas parfaitement régulier ;
  4. les bandelettes de toile représentant l’œuvre n’ont été ni préparées ni peintes ;
  5. trois spatules chauffantes différentes ont été utilisées pour optimiser les temps de préparation des éprouvettes, la diffusion de la chaleur n’a donc pas été identique ;
  6. l’application du consolidant diffère en fonction de chaque personne, même en suivant le protocole établi.
  7. Les températures de chauffe pour les consolidants ont été choisies pour optimiser la rapidité de mise en œuvre, elles restent cependant élevées pour une utilisation sur des matériaux organiques.

Les consolidants temporaires présentent une forte odeur et des toxicités variables, il est capital de ventiler l’espace où ils sont appliqués et de se protéger. C’est ainsi que nos tests ont été réalisés sous hotte aspirante, afin de répliquer les conditions d’atelier. Pour les essais statiques, les résultats ne peuvent donc pas être interprétés de manière absolue mais seulement de manière relative.

Conclusion

Des tendances de performances avec différents consolidants temporaires appliqués sur différents matériaux de support ont pu être dégagées. Le menthol reste le plus reproductible, que ce soit pour les essais statiques ou en traction, contrairement au CDD. Ce dernier présente les performances les plus hautes, comparables à celles de la Beva. Ces consolidants se subliment toujours plus vite lorsqu’ils sont mis en œuvre avec de l’intissé. Enfin, nous avons pu étudier le thymol comme nouvel adhésif, et constater que sa durée de tenue est largement supérieure à celle du CDD.

Dans la plage de tension jugée suffisante pour une peinture de chevalet, tous ces consolidants sont applicables en traitement de support, leur contrainte à la rupture dépassant celle que l’on appliquerait sur une œuvre. De plus, toutes leurs durées de tenue sont suffisantes pour un traitement.

La pertinence de l’usage d’un consolidant temporaire dépend grandement de l’utilisation que l’on projette. Quelles sont les conditions dans lesquelles l’appliquer ? Quel temps de tenue vise-t-on ? Il est toujours possible d’étendre cette tenue jusqu’à plusieurs années au moyen d’un pare‑vapeur bien étanche[28].

Ouvertures

Comme toutes les nouvelles options, le thymol est pour le moment mal connu en conservation-restauration. Il mériterait d’être mieux caractérisé (résidus après sublimation, vitesse de sublimation, réactivité au contact d’autres matériaux, porosité, etc.).

Nos tests pourraient être réalisés sur des éprouvettes préparées et peintes. Par ailleurs, une toile étant tendue de manière biaxiale sur son châssis[29], des tests biaxiaux sur ces bandes de tension pourraient être engagés afin de préciser leur performance. Si ces tests s’avèrent concluants, il serait intéressant d’appliquer ces bandes de tension temporaires lors du traitement du support d’une œuvre et d’en faire un retour d’expérience. Les consolidants temporaires pourraient être testés sur d’autres substrats et appliqués à d’autres matériaux (pierre, céramique, métal, papier, etc.).

Des mélanges de consolidants pourraient aussi être évalués afin d’étoffer la gamme de résistances à la rupture et de propriétés mécaniques.

Les systèmes toile seule et toile imbibée de consolidant n’ayant pas les mêmes propriétés mécaniques, il serait intéressant de les comparer.

 

 

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

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

[3] Élève Erasmus de l’Academy of Fine Arts and Design de Bratislava (Slovaquie), spécialité peinture.

[4] Nikita SHAH et al., « A comparative study of bond strength, reversibility, and projected long‑term durability of lining techniques for the structural stabilisation of canvas paintings », Studies in conservation, vol. 70, n° 5, 2024, p. 386‑403 [en ligne], https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/00393630.2024.2391685 [lien valide en septembre 2025].

[5] Sophie ROWE & Christina ROZEIK, « The uses of cyclododecane in conservation », Studies in conservation, vol. 53, suppl. 2, 2008, p. 17‑31 [en ligne], https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1179/sic.2008.53.Supplement-2.17 [lien valide en septembre 2025] ; Christina ROZEIK, « Volative binding media: the first 20 years… and beyond », in Christina ROZEIK (dir.), Subliming Surfaces. Volatile binding media in heritage conservation, Cambridge (Royaume Uni), University of Cambridge Museums, 2018, p. 1-12 [en ligne], https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/302206 [lien valide en septembre 2025].

[6] Ibid.

[7] Diane LE CORRE, « “Lumière sur une Vierge noire.” Étude et conservation-restauration d’une représentation peinte de la statue Virgen del Sagrario de Tolède (XVIIe siècle, Écouen, musée national de la Renaissance). Mise au point d’une technique non aqueuse pour la consolidation et la protection de la couche picturale en vue d’un désentoilage. Étude de l’application de consolidants temporaires : cyclododécane et menthol », mémoire de fin d’étude soutenu à l’Institut national du patrimoine (Paris, 2023) [en ligne], https://mediatheque-numerique.inp.fr/documentation-oeuvres/memoires-diplome-restaurateurs-patrimoine/lumiere-sur-vierge-noire-etude-conservation-restauration-dune-representation-peinte-statue-virgen-del-sagrario-tolede-xviie-siecle [lien valide en septembre 2025].

[8] Mélodie BONNAT, « Cyclododecane as temporary protection on distemper wall paintings prior to plaster consolidation. The temple restoration project in Sikkim », in Christina ROZEIK (dir.), 2018, p. 153‑154 [en ligne], https://www.repository.cam.ac.uk/items/122a9053-f4a3-490d-9447-365e8c1d00e6 [lien valide en septembre 2025].

[9] Sophie ROWE & Christina ROZEIK, 2008.

[10] Susanne RAFFLER, Stefan BICHLMAIR & Ralf KILIAN,« Cyclododecane for mounting of surface sensors for monitoring of historic buildings », in Christina ROZEIK (dir.), 2018, p. 127‑136 [en ligne] https://www.repository.cam.ac.uk/items/58987cbb-0a44-4ba9-98bc-4d78e55a4bc9 [lien valide en septembre 2025].

[11] Teri HENSICK et al., « Protection and relocation of frescoes during construction of the Harvard Art Museums », in Christina ROZEIK (dir.), 2018, p. 141‑152 [en ligne], https://www.repository.cam.ac.uk/items/00d235ed-05a5-458e-8af5-b489cf515830 [lien valide en septembre 2025].

[12] Victory Armida Janine JAQUES et al., « Cyclododecane shaping, sublimation rate and residue analysis for the extraction of painting micro‑samples from resin cross-sections », Scientific Reports, vol. 12, n° 1, 2022 [en ligne], https://www.nature.com/articles/s41598-022-22448-x [lien valide en septembre 2025].

[13] Diane LE CORRE, « “Lumière sur une Vierge noire”… ».

[14] Hamada SADEK et al., « Preliminary assessment of new single and blended volatile binding media for temporary consolidation of cultural heritage », Scientific Reports, vol. 14, n° 1, 2024 [en ligne], https://www.researchgate.net/publication/378657818_Preliminary_assessment_of_new_single_and_blended_volatile_binding_media_for_temporary_consolidation_of_cultural_heritage [lien valide en septembre 2025].

[15] Susanne RAFFLER, Stefan BICHLMAIR & Ralf KILIAN, 2018.

[16] Christina R. T. YOUNG & Roger D. HIBBERT, « Biaxial tensile testing of paintings on canvas », Studies in conservation, 1999, vol. 44, n° 2, p. 129‑141 [en ligne], https://doi.org/10.1179/sic.1999.44.2.129 [lien valide en septembre 2025].

[17] Antonio Iaccarino IDELSON, « About the choice of tension for canvas paintings », CeROArt. Conservation, exposition, Restauration d’Objets d’Art, 2009, n° 4, « Les dilemmes de la restauration » [en ligne], https://journals.openedition.org/ceroart/1269 [lien valide en septembre 2025].

[18] Toile mixte en lin et polyester, 320 g/m2 ; contexture : 17,1 × 12. Fournisseur : Marin beaux-arts (réf. 44).

[19] Intissé de polyester, 35 g/m2. Fournisseur : ARTech Pro (réf. 8000000010834).

[20] Numéro attribué par le Chemical Abstract Service (CAS) : 294-62-2. Fournisseur : Kremer (réf. 87100)..

[21] Température réglée sur la machine et non pas mesurée.

[22] CAS 2216-51-5. Fournisseur : Kremer (réf. 87108).

[23] CAS 89-83-8. Fournisseur : Icko (réf. GF002).

[24] Bras d’aspiration Atex avec support galvanisé (longueur : 3 m) et plaque à buses, moteur Fumex C 600 (débit : 600 m3/h).

[25] Win64, version 1.4.21.40.

[26] Diane LE CORRE, « “Lumière sur une Vierge noire”… ».

[27] Hamada SADEK et al., 2024.

[28] Teri HENSICK et al., 2018.

[29] Christina R. T. YOUNG & Roger D. HIBBERT, 1999.


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OpenEdition vous propose de citer ce billet de la manière suivante :
INP (28 octobre 2025). Caractérisation des propriétés mécaniques de consolidants temporaires : proposition de bandes de tension collées au cyclododécane, au menthol et au thymol. Variations patrimoniales. Le carnet de l’INP. Consulté le 20 mai 2026 à l’adresse https://doi.org/10.58079/151zo


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