CE27 - Culture, créations, patrimoine

Corrosion atmosphérique et altération mécanique des bronzes campanaires : un patrimoine sonore et artistique en danger ? – BellACorr

« Corrosion atmosphérique et altération mécanique des bronzes campanaires : un patrimoine sonore et artistique en danger ? » - BellACorr

La cloche en bronze (22%wt Sn – phases a/d) est un instrument de musique et de communication, mais aussi par son épigraphie ornementale, une œuvre d’art. C’est un patrimoine historique et culturel à conserver. Dès sa mise en œuvre, elle est soumise à une altération physico-chimique due à un environnement agressif mais aussi mécanique pour sonner. Établir le mécanisme micro-infiltrant d’altération et quantifier son impact sur sa sonorité est un enjeu majeur pour la conservation de la cloche.

Objectifs

Ce projet vise à comprendre et évaluer les conséquences des processus de corrosion que subit la surface et l’intérieur même de l’alliage campanaire dans son environnement naturel. Dans des conditions atmosphériques réalistes en milieu urbain et marin (dépôts secs / humides en chambres d’altération CIME/CIME2 – altération sur site – patines anciennes), ce travail sera conduit via une étude approfondie de la corrosion préférentielle des phases a/d et des réseaux infiltrant de fluides environnementaux à l’échelle micro/nanométrique. Nous prendrons en compte les contraintes mécaniques intrinsèques à la cloche et la modification résultante des chemins micro/nano infiltrants dans la couche de corrosion et dans l’alliage. Pour la première fois, l’effet de la corrosion sur la qualité sonore des bronzes campanaires sera investiguée à partir d’échantillons altérés en laboratoire. <br />Ainsi, BellACorr déclinera ses objectifs comme suit : <br />• Etudier la corrosion préférentielle des phases a/d et son effet sur la protection de la couche de corrosion en tenant compte des impuretés de l’alliage. <br />• Mesurer l’impact des contraintes mécaniques du matériau sur les chemins d’altération et sur la localisation des zones réactives de précipitation corrélées à la caractérisation du réseau de microfissures et de pores dans la couche d’altération et dans l’alliage. Son effet sur la corrosion préférentielle a/d sera étudié. <br />• Analyser la corrosion micro et nano-infiltrante et son effet sur la modification des propriétés mécaniques du matériau. <br />• Quantifier l’impact de la corrosion sur la signature acoustique du bronze. <br />• Proposer un mécanisme mettant en scène la synergie des altérations physico-chimique, mécanique et sonore des cloches en bronze.

Altération atmosphérique
•Pour étudier la corrosion urbaine et marine, les patines anciennes seront comparées à celles développées à court terme sur site et en laboratoire. Le corpus servira (1) au traçage isotopique des réseaux micro-infiltrants, (2) à mesurer l’effet des impuretés sur la corrosion et (3) à étudier l’effet de l’altération sur les propriétés mécaniques des bronzes.
•Pour cartographier la circulation de l’eau, les sites de réaction et les produits néoformés dans les patines, les échantillons corrodés subiront des cycles imbibition/séchage avec du D2O18 et une étude par nano-SIMS.
•Pour évaluer la corrosion préférentielle des phases de l’alliage, leur couplage galvanique sera mesuré et la dynamique passivante de la patine investiguée.

Altération mécanique
La cloche pour sonner subit des contraintes mécaniques générant des microfissures.
•Pour mesurer l’effet des contraintes sur les chemins d’altération physicochimique, des échantillons micro-fissurés seront produits. Le réseau micro-fissuré sera analysé par voie acoustique. Les échantillons seront corrodés en laboratoire et caractérisés par acoustique et MET. Ils subiront une altération et une caractérisation isotopique.
•Pour évaluer l’évolution de la microstructure et des propriétés mécaniques due à la corrosion, les échantillons corrodés seront analysés (micro-dureté, contraintes résiduelles, MET).

Altération sonore
•Le son d’une cloche est une somme de contributions modales. L’effet de la corrosion sur le son sera évalué en estimant, dans les fréquences audibles, amortissements et déformées des modes. Des bronzes sains et corrodés en laboratoire seront comparés. La corrosion mesurée par ultrasons établira le seuil d’une perturbation audible. La corrosion sera aussi mesurée par émission acoustique.
•La création et la propagation de microfissures seront détectées par ultrasons.
•La corrélation des données audibles/ultrasonores permettra de vérifier l’effet des altérations sur le son.

A terme, les produits développés par BellACorr établiront (1) les zones préférentielles susceptibles d’accueillir les chemins infiltrants de corrosion et ce en fonction des propriétés physicochimiques et mécaniques de la couche de corrosion superficielle et de l’alliage sous-jacent, (2) l’impact de la structure biphasée sur le processus de corrosion en tenant compte des impuretés de l’alliage, (3) le seuil de corrosion impactant significativement la qualité sonore des cloches (4) les processus physicochimiques et mécaniques d’altération des cloches en milieux urbain et marin (secs/humides) corrélés à l’évolution de leur qualité sonore.

Ce projet proposera la démonstration d’un mécanisme de corrosion infiltrante des bronzes campanaires en tenant compte des contraintes mécaniques subies par la cloche tout au long de sa vie mais également de sa structure biphasée a/d particulière. Il analysera et quantifiera pour la première fois l’impact de l’altération physicochimique infiltrante du bronze campanaire sur ses qualités sonores.
Ainsi, le projet BellACorr contribuera à l’avènement de technologies de conservation et de restauration innovantes, non destructrices et respectueuses de l’environnement (absence de biocide…), basées sur le contrôle de la corrosion préférentielle des phases a/d.
En mesurant le seuil d’altération physicochimique qui participe à la perturbation sonore des cloches, BellACorr permettra d’enrichir et de diversifier une base de données sonores que la Société Française de Campanologie (SFC) met en place à travers un inventaire audio du patrimoine campanaire.
Par ailleurs, la recherche scientifique au niveau national et européen s’intéresse de plus en plus à la problématique d’accordage campanaire. En pratique, les fondeurs règlent les partiels fréquentiels d’une cloche en enlevant localement de l’alliage sur son profil interne campanaire. Cette méthode appliquée sur les cloches neuves, n’est pas recevable pour les cloches anciennes dissonantes classées au patrimoine mondial. En effet, cette méthode dégraderait l’intégrité de l’œuvre. Pour y remédier, des scientifiques réfléchissent à des méthodes innovantes non destructrices, permettant de retrouver le son passé d’une cloche historique. Ces vieux instruments patrimoniaux sont fortement corrodés. Ainsi, les connaissances physicochimiques et sonores sur l’altération des bronzes campanaires établies par le projet BellACorr participeront aux recherches de pratiques virtuelles d’accordage non destructrices pour retrouver le son originel des cloches anciennes.

Les résultats du projet BellACorr seront partagés avec la communauté scientifique via des articles dans des revues internationales de rang A (Corrosion Science, Applied surface science…). Ils seront présentés à la communauté scientifique lors de communications orales (Metal,…). Cette recherche contribuera à former sur des thématiques scientifiques majeures la génération en devenir. En parallèle, elle participera à promouvoir et valoriser la sauvegarde et la préservation culturelle du patrimoine campanaire.
Pour diffuser au plus grand nombre les résultats du projet un colloque international de restitution sera organisé en fin de projet à l’attention des fondeurs, campanistes, musiciens et scientifiques.

Le bronze campanaire (22%wt Sn-phases a/d) appartient au patrimoine mondial matériel et immatériel. Parmi les bronzes célèbres, on peut citer Big Ben (1858) ou les cloches de Notre Dame de Paris, remplacées en 2013 qui ont nécessité la coulée de 23 tonnes de bronze pour 2 millions d’euros de chiffre d’affaire. Ce fait d’importance industrielle et économique est sous tendu par l’universalité d’un patrimoine ancestral et moderne sans cesse bonifié par les professionnels campanaires.
Les cloches sont omniprésentes sur le territoire. La Société Française de Campanologie (SFC) en dénombre plus de 450000 encore actives. Par ses ornementations historiques et symboliques, la cloche est une œuvre d’art. Sa musicalité rythme le temps et les civilisations. Cependant, dès leur mise en œuvre, les cloches subissent une altération très complexe, à la fois physicochimique environnement-dépendante, mais aussi mécanique par percussions. Ce double processus d’altération n’a jamais été étudié. A travers cette altération matérielle, c’est le patrimoine artistique mais aussi le patrimoine immatériel sonore de cet instrument qui est en danger. La cloche est à elle seule une archive et la mémoire sonore du passé qui doit être protégée. Le 5ème Rapport d’évaluation du Groupe Intergouvernemental d’experts sur l’Evolution du Climat (GIEC) (2013-2014) s’en fait l’écho pour la 1ère fois en évoquant la nécessité de prendre en compte le patrimoine culturel dans les politiques d’adaptation climatique.

Le projet BellACorr vise à comprendre le processus physicochimique et mécanique responsable de la corrosion micro-infiltrante du bronze campanaire biphasé a/d et évaluer ses conséquences sur la qualité sonore de l’instrument.
BellACorr conduira, dans des conditions atmosphériques réalistes reproduites en laboratoire représentatives des milieux urbain et marin (dépôts secs / humides), une étude de la corrosion du bronze campanaire en tenant compte des contraintes mécaniques de l’alliage. Pour proposer un processus physicochimique et mécanique d’altération, la corrosion sera analysée à différents stades. En tenant compte des impuretés de l’alliage, via une étude de la corrosion préférentielle a/d, l’impact de la structure biphasée sur le processus de corrosion sera pour la première fois quantifié. Un marquage isotopique (D,18O,34S,37Cl) de l’altération sur des échantillons anciens et reproduite en laboratoire permettra de tracer les réseaux micro-infiltrants de fluides environnementaux et de localiser et quantifier les zones réactives du matériau en tenant compte de la fatigue mécanique et la morphologie interne de la couche de corrosion. Par ailleurs, une caractérisation fine des bronzes (identification multi échelle de l’altération et des réseaux micro-infiltrants) fournira une formulation prédictive dynamique des processus. BellACorr quantifiera l’effet de l’altération sur les propriétés sonores des cloches en investiguant la signature sonore (analyse modale et par émission acoustique) sur des cloches de carillon altérées de façon réaliste en laboratoire.

Ce projet interdisciplinaire rassemble des scientifiques de différentes communautés (héritage culturel, science de l’environnement et des matériaux, acousticiens, mécaniciens, physico-chimistes…) pour proposer une méthodologie innovante visant à mieux quantifier l’effet de l’altération sur les propriétés physiques et les qualités sonores des cloches.

BellACorr ouvre sur des technologies de sauvegarde innovantes non destructrices du patrimoine campanaire, respectueuses de l’écologie et participe à la naissance d’une banque de sons campanaires anciens (archéo-sons) prônée aujourd’hui par de nombreux organismes. Les résultats de BellACorr contribueront aux recherches sur l’accordage non destructif des cloches anciennes. Enfin ce projet JCJC constituera les bases pour construire in fine un projet d’envergure européenne (JPI).

Coordinateur du projet

Madame ALINE PETITMANGIN (Laboratoire inter-universitaire des systèmes atmosphèriques)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LISA Laboratoire inter-universitaire des systèmes atmosphèriques

Aide de l'ANR 338 852 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2018 - 42 Mois

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