Les scientifiques ont utilisé une nouvelle approche qui pourrait améliorer la façon dont les artefacts fabriqués à partir de marbre sont conservés.
Dans l’étude publiée dans Sciences appliquées des surfaces, une équipe de l’UNSW Sydney et de l’Université de Bologne, en Italie, a combiné la modélisation informatique avec des méthodes expérimentales pour mesurer si différents solvants organiques comme l’alcool pouvaient améliorer un traitement protecteur utilisé pour la préservation du marbre. Ils ont constaté que même si la gamme de solvants se comportait différemment sur la surface du marbre, tous amélioraient le traitement de la même manière.
Parmi les matériaux à base de calcite, le marbre est convoité pour ses qualités esthétiques. Il a été utilisé dans de nombreux artefacts d’importance culturelle dans le monde entier, de la statue de David de Michel-Ange à Florence aux célèbres colonnes du Parthénon à Athènes. Mais lorsqu’elles sont exposées à l’extérieur, les œuvres en marbre sont sujettes à la détérioration par la pluie.
« La plupart d’entre nous connaissent certaines œuvres emblématiques en marbre d’une grande importance historique et culturelle. Nous travaillons pour trouver des moyens d’aider à préserver ces œuvres pour les générations futures afin qu’elles puissent avoir la chance d’en profiter et de les apprécier comme nous », déclare Dr Martina Lessio, maître de conférences à l’École de chimie de l’UNSW Science et auteur principal de l’étude.
Ces dernières années, un nouveau traitement prometteur a été développé par des scientifiques de la conservation pour améliorer la résistance du marbre à la pluie. Ce traitement agit en formant un revêtement protecteur durable sur la surface du marbre composé de phosphate de calcium (CaP) ou d’hydroxyapatite, un minéral naturel également présent dans nos dents et nos os. Contrairement à d’autres traitements, il ne provoque aucune décoloration ou modification esthétique du marbre.
Des recherches antérieures ont montré que l’ajout de solvants organiques tels que l’alcool à ce traitement permet d’améliorer la capacité de la couche d’hydroxyapatite à protéger le marbre, mais les raisons de l’amélioration observée n’étaient pas exactement claires.
« Découvrir la raison pour laquelle il se comporte de cette façon est essentiel pour pouvoir sélectionner le meilleur solvant possible pour le traitement et maximiser l’efficacité protectrice », déclare le Dr Lessio.
« Les outils informatiques nous permettent d’étudier la chimie fondamentale derrière ces observations.
« Combinés à des connaissances expérimentales, nous pouvons mieux comprendre comment ces solvants organiques fonctionnent au niveau moléculaire et développer une conception rationnelle pour le traitement de conservation du marbre. »
Optimisation du traitement du marbre
Pour l’étude, les chercheurs ont testé l’adsorption d’éthanol, d’isopropanol et d’acétone sur la surface de calcite d’un échantillon de marbre de Carrare, un type de marbre largement utilisé dans la sculpture et l’architecture. L’adsorption (à ne pas confondre avec l’absorption) fait référence à l’accumulation de molécules, d’atomes ou d’ions sur des surfaces, comme dans de petites poches de gel de silice qui aident à retenir la vapeur d’eau et à garder les choses au sec.
Pour évaluer l’adéquation, les chercheurs ont d’abord simulé l’interaction entre les différents solvants (à la fois sous forme pure et mélangés à de l’eau) et la surface de calcite du marbre à l’aide d’une modélisation informatique. Dans leurs expériences, ils ont testé quatre conditions différentes, l’une utilisant exclusivement de l’eau comme solvant et les trois autres utilisant les additifs. Les échantillons de marbre ont été traités par immersion dans des béchers séparés contenant 100 ml d’une solution aqueuse d’un précurseur de phosphate, avec et sans les additifs organiques.
Les différents solvants organiques ont affiché des comportements différents lorsqu’ils se sont approchés de la surface du marbre dans la modélisation. Les alcools formaient une couche hydrofuge sur la calcite, tandis que l’acétone formait une couche dynamique mixte. Mais fait intéressant, chaque solvant a amélioré les performances de protection du traitement sans aucune différence significative entre eux dans l’expérience.
« Il était surprenant et intrigant pour nous que tous les solvants favorisent la formation d’une couche protectrice de phosphate de calcium, en particulier l’acétone, qui a des propriétés chimiques très différentes des autres solvants testés », explique le Dr Lessio. « Cela suggère que lors de la sélection d’un solvant pour optimiser le traitement de conservation du marbre, le comportement du solvant à la surface n’est pas un facteur critique à prendre en compte comme nous le pensions. »
Dans la prochaine étape de la recherche, l’équipe prévoit de tester si des facteurs autres que l’adsorption sont responsables.
« Jusqu’à présent, nous n’avons étudié qu’un seul aspect : le comportement du solvant à la surface. Mais d’autres facteurs doivent être étudiés, comme le comportement du solvant en solution, et des travaux informatiques sont actuellement en cours dans notre groupe pour le découvrir. « , explique le Dr Lessio.
Plus d’information:
Antonia E. Papasergio et al, Adsorption d’eau et de solvants organiques sur la calcite [101¯4] surface : Implications pour les traitements de conservation du marbre, Sciences appliquées des surfaces (2023). DOI : 10.1016/j.apsusc.2023.156438