Thèse Année : 2024

Egg-tempera paint : properties, drying and aging

Peinture a tempera : propriétés, séchage et vieillissement

Résumé

Egg-tempera painting was the main painting technique used in the Middle Ages. Since then, several books have listed the recipes, the most common of which is to dilute egg yolk and mix it with a pigment. From a physico-chemical point of view, the binder is made up of water and high- and low-density lipoproteins, and the pigments can be of natural or synthetic origin. From formulation to drying and aging, the paint undergoes transformations that depend on the constituting materials. In this work, we are interested in these three temporal stages of tempera painting by studying recipes based on egg yolk and different mineral pigments of natural origin identified in the artworks. For the same formulation, different rheological properties are obtained depending on the pigments used. Pigment/binder interactions play an important role in the micro- and macroscopic properties of liquid paints. Detailed characterization of the pigment and its components is therefore necessary to understand the behavior of the binder molecules on its surface. Mineralogy also has a major influence on the mechanical properties of dry paints. The ability of materials to deform under the action of various external stresses (such as changes in humidity and temperature) influences their durability, particularly the formation of cracks. The drying of egg tempera paint was monitored by single-sided NMR. The kinetics of water evaporation were quantified, as were changes in the mobility of the molecules as the film solidified. The main components of the binder (lipids, lipoproteins and water) have different relaxation rates due to the size of the molecules and their microstructural organization. In particular, lipids are still highly mobile at the end of drying. Over longer timescales (simulated here by exposing the samples to visible or UV light for several months), radical reactions take place. Changes in chemical functions as a function of exposure time were monitored using FTIR spectroscopy. The lipids undergo aging mechanisms similar to those responsible for the drying of triglycerides in oil paint, involving cross-linking and chain breakage. Kinetic monitoring shows a range of oxidation rates depending on the functional groups; UV and pigments accelerate these reactions. The latter leads to changes in the texture of the paint layer. Thus, at each of the temporal stages studied - formulation, drying and aging - the pigment/binder interactions that take place at the microscopic level affect the materials at the macroscopic level. These results provide a better understanding of tempera paintings and open up prospects for better preservation of the artworks.

La peinture a tempera est la principale technique picturale employée au Moyen-Âge. Depuis, divers ouvrages répertorient les recettes, dont la plus commune est la dilution du jaune d'œuf et le mélange avec un pigment. D'un point de vue physicochimique, le liant est constitué d'eau et de lipoprotéines de haute et de basse densité, et les pigments peuvent être d'origine naturelle ou synthétique. De la formulation de la peinture au vieillissement en passant par le séchage, la peinture subit des transformations dépendantes des matériaux la constituant. Dans ce travail, nous nous intéressons à ces trois temporalités de la peinture a tempera, en étudiant des recettes à base de jaune d'œuf et de différents pigments minéraux d'origine naturelle identifiés dans les œuvres. Pour une même formulation, différentes propriétés rhéologiques sont obtenues suivant les pigments utilisés. En effet, les interactions pigment/liant jouent un rôle majeur sur les propriétés micro- et macroscopiques des peintures liquides. Une caractérisation fine du pigment et de ses composants est donc nécessaire pour appréhender le comportement des molécules de liant à sa surface. La minéralogie a également une influence importante sur les propriétés mécaniques des peintures sèches. La capacité des matériaux à se déformer sous l'action de différentes contraintes extérieures (telles que les changements d'humidité et de température) influent sur leur durabilité, en particulier sur la formation de craquelures. Le séchage de la peinture a tempera à l'œuf a été suivie par RMN unilatérale. La cinétique d'évaporation de l'eau est quantifiée, ainsi que les changements de mobilité des molécules du fait de la solidification du film. Les principaux composants du liant (lipides, lipoprotéines et eau) ont différentes vitesses de relaxation du fait de la taille des molécules et de leur organisation microstructurale. En particulier, les lipides sont encore très mobiles à la fin du séchage. À des échelles de temps plus longues (ici simulées par exposition des échantillons à des lumières visible ou UV pendant plusieurs mois), des réactions radicalaires interviennent. Les évolutions des fonctions chimiques en fonction du temps d'exposition ont été suivies par spectroscopie FTIR. Les lipides subissent des mécanismes de vieillissement similaires à ceux responsables du séchage des triglycérides dans la peinture à l'huile, impliquant de la réticulation et des fractures de chaines. Le suivi cinétique fait apparaitre plusieurs vitesses d'oxydation selon les groupes fonctionnels ; les UV et les pigments accélèrent ces réactions. Ces dernières induisent des changements de texture de la couche picturale. Ainsi, à chacune des temporalités étudiées, formulation, séchage et vieillissement, les interactions pigment/liant intervenant à l'échelle microscopique ont des impacts sur les matériaux à l'échelle macroscopique. Ces résultats permettent une meilleure compréhension des peintures a tempera, ouvrant des perspectives pour mieux préserver les œuvres.

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  • HAL Id : tel-04967478 , version 1

Citer

Floriane Gerony. Peinture a tempera : propriétés, séchage et vieillissement. Chimie théorique et/ou physique. Sorbonne Université, 2024. Français. ⟨NNT : 2024SORUS505⟩. ⟨tel-04967478⟩
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