Le parc analytique dont dispose CARAA via les universités et les laboratoires associés et partenaires se compose d’instruments de laboratoire ainsi que d’instruments portables.
Il comprend entre autres :

  • la microscopie optique (MO): Elle constitue la première étape d’observation d’un micro-prélèvement, avant tout type d’analyse physico-chimique.
  • la radiographie X et le scan X : Ces autres modes d’observation permettent d’évaluer l’homogénéité structurelle d’un objet respectivement dans les 2 et 3 dimensions de l’espace.
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Techniques élémentaires

La microscopie électronique à balayage couplée à un spectromètre en dispersion d’énergie (MEB-EDS) :

Le spectromètre en dispersion d’énergie (EDS) permet d’obtenir la composition élémentaire des pigments d’une peinture (Fe pour des oxydes de fer, Hg pour le cinabre, As pour le réalgar, Cu pour de l’azurite, etc.) ou déterminer la teneur chimique des différents éléments (ex: Si, Ca, K, Na, Mg, Fe, etc.) dans les objets siliceux. La microscopie électronique à balayage (MEB) permet, entre autres, de visualiser à très fort grossissement la morphologie et l’agencement des cristaux et des fibres dans un échantillon.

La micro-analyse élémentaire de fluorescence X portable (SFX) :

La spectroscopie en fluorescence X portable (SFX) permet de déterminer la composition exacte d’un alliage sans faire de prélèvements. Elle permet d’obtenir la composition élémentaire des pigments d’une peinture (Fe pour des oxydes de fer, Hg pour le cinabre, As pour le réalgar, Cu pour de l’azurite, etc.) ou déterminer la teneur chimique des différents éléments (ex: Si, Ca, K, Mg, Fe, etc.) dans les objets siliceux. La SFX est également un parfait outil pour détecter les éléments toxiques inorganiques tels que le plomb, l’arsenic ou le mercure.

La microsonde électronique (EMPA) :

La microsonde électronique tout comme la microscopie électronique à balayage couplée à un spectromètre en dispersion d’énergie (MEB-EDS), permettent d’effectuer des analyses quantitatives poussées. Ces techniques permettent par exemple, de caractériser la composition d’un métal mais également d’évaluer l’adéquation chronologique de cet alliage et de ses altérations avec l’époque présumée de l ’objet.

La spectrométrie ICP couplée à un spectromètre de masse (ICP-MS) :

La spectrométrie de masse couplée à un plasma inductif (ICP-MS) permet, par le biais d’analyses plus poussées d’obtenir des concentrations de l’ordre du ppm (parts-par-million) et de déterminer les éléments à l’état de traces dans les objets étudiés (ex: le vanadium (V), thorium (Th), plomb (Pb), etc. dans les verres et céramiques). Ces éléments permettent souvent de déterminer la source des matières premières utilisées lors de la fabrication.

Nano-SIMS

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Techniques moléculaires

La microscopie Raman :

La microscopie Raman est une technique moléculaire entre autres efficace pour la caractérisation des produits d’altération des métaux, des matrices siliceuses ainsi que des pigments. La microscopie Raman ou la diffraction des rayons X (DX) sont souvent complémentaires des analyses par SFX et permettent d’obtenir la structure moléculaire ou minéral des pigments (ex: hématite -Fe2O3-, cinabre -HgS-, réalgar -As4S4-, malachite -Cu2(CO3)(OH)2). En revanche, et contrairement à la diffraction des rayons X, la microscopie Raman est également efficace lors de l’analyse de matériaux organiques (tels que les polymères ou les plastiques) ou sur les matériaux amorphes (tel que le charbon ou graphite).

La diffraction des rayons X (DRX) :

Lorsque l’analyse élémentaire par fluorescence X permet de déterminer quels sont, et en quelles proportions sont les atomes qui composent l’échantillon à analyser, la diffraction des rayons X permet, elle, de connaître l’organisation de la matière. Elle permet par exemple de distinguer les différentes alumines (oxydes d’aluminium) bien qu’elles aient tous exactement la même composition élémentaire. Par ailleurs, la diffraction des rayons X sur la matière cristalline permet d’avoir accès à des informations physiques sur les cristaux, notamment leur taille et leur orientation.
Cependant, cette technique ne peut s’utiliser que sur la matière cristalline, c.-à-d. principalement les roches, les métaux, les céramiques, et certains produits organiques.

La spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) :

La Spectrométrie Infrarouge à Transformée de Fourier est basée sur l’absorption d’un rayonnement infrarouge par le matériau analysé. Elle permet, via la détection des vibrations caractéristiques des liaisons chimiques, d’effectuer l’analyse des fonctions chimiques présentes dans le matériau.
Cette méthode d’analyse est simple à mettre en œuvre et non destructrice. Elle permet d’analyser aussi bien les matériaux organiques que les matériaux inorganiques. A partir d’un spectre de µIRTF, il est possible d’identifier la nature des matières organiques d’origine naturelle ou synthétique, leur état d’oxydation, les charges minérales et un grand nombre de pigments colorés. Elle est principalement utilisée dans le domaine des Arts pour caractériser des substances organiques : liants, matériaux constitutifs des œuvres, produits provenant d’anciennes restaurations.

La chromatographie en phase liquide HP ou gazeuse (HPLC; CPG):

La chromatographie en phase gazeuse (CPG) ou en phase liquide (HPLC) est, comme toutes les techniques de chromatographie, une technique qui permet de séparer des molécules d’un mélange organique éventuellement très complexe et de nature très diverses. Elles sont donc totalement adaptée à l’analyse de la composition d’un grand nombre d’objets du patrimoine culturel modernes ou anciens (ex: les cires, résines, gommes, tannins, huiles, etc.).
Lorsque les mélanges sont trop complexes ou de polarités trop importantes, la HPLC est alors préférée à la CPG. Elle est notamment utilisée lors de l’analyse des pigments ou colorants, des tannins ou des résines anciennes.