GALAXIES
La section scientifique « patrimoine culturel et naturel » regroupe des scientifiques de SOLEIL et d’IPANEMA pour échanger des connaissances et des expériences sur des outils méthodologiques et analytiques utilisant le rayonnement synchrotron pour l’étude de matériaux anciens. Elle facilite le lien entre les lignes de lumière et les laboratoires et groupes supports à SOLEIL et, à l’extérieur, entre SOLEIL et les réseaux et infrastructures de recherche dédiés aux sciences du patrimoine.
L’activité de recherche de cette section correspond aux domaines suivants : archéométrie, histoire de l’art, altération-conservation, paléontologie et paléoenvironnement-paléoclimat. Étant donné les propriétés communes des matériaux anciens de ces différents domaines (à valeur culturelle, rares, précieux, non reproductibles, hétérogènes et souvent inconnus), les projets de recherche correspondants offrent également l'occasion d'étudier les effets des techniques d'analyse et les moyens d'améliorer notre méthodologie d’analyse afin de préserver les échantillons (par exemple, surveillance des dommages causés par les faisceaux de rayonnement synchrotron, analyse statistique de l'imagerie afin de réduire la dose de rayonnement).
La section facilite le lien entre SOLEIL et la communauté scientifique du patrimoine, en étroite collaboration avec le laboratoire IPANEMA localisé sur le site de SOLEIL mais aussi par le biais de réseaux de recherche locaux, nationaux et internationaux (DIM PAMIR, CAI-RN) ou d'infrastructures (FSP, E-RIHS). Elle participe à la diffusion des résultats de recherche grâce à des séminaires internes et externes et dans des conférences.
Lignes de lumière et laboratoires de la section
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Laboratoires : Biologie-microfluidique, Chimie, IPANEMA, Matériaux
Groupe support : Réduction et d'Analyse des Données, Détecteurs
Contact
Pour toute demande d'informations générales, veuillez utiliser notre adresse e-mail : heritage@synchrotron-soleil.fr
Thématiques scientifiques
- Altération/conservation : Les objets anciens sont en constante évolution. Ils sont soumis à des processus d'altération qui modifient leur apparence et rendent leur interprétation difficile. Parmi les exemples les plus connus, on peut citer la décoloration ou le changement de couleur des pigments, qui modifient l'impression donnée par les peintures, la formation de rouille, qui peut entraîner la destruction complète des objets, ou la dégradation de fossiles calcaires microscopiques due à la présence de polluants acides (dégradation de Byne). Les sciences de la conservation travaillent donc dans deux directions : comprendre les processus passés qui ont affecté les objets et prévenir les changements futurs afin de préserver les objets. Une fois que les processus de dégradation sont mieux compris, la restauration intervient pour préserver ou atténuer les changements observés. Le défi expérimental consiste à pouvoir suivre, déterminer ces processus physico-chimiques et proposer/tester des solutions techniques pour y remédier.
- Archéométrie : L'étude des objets anciens et le déchiffrage de leur provenance et des techniques de fabrication utilisées permettent aux chercheurs d'obtenir des informations précieuses sur l'organisation des sociétés anciennes et la circulation des marchandises au cours des périodes primitives. Chaque transformation matérielle nécessaire à l'obtention du produit final correspond à un processus physico-chimique ou mécanique qui doit être déterminé.
Les défis expérimentaux concernent le développement technique permettant d'extraire des « indices » des artefacts anciens.
- Histoire de l’art : L'objectif est de révéler les techniques et les intentions des artistes dans le cadre de l'étude de la fabrique de l'art, des différents ateliers, afin de déterminer les échanges, la transmission et la circulation des idées et des techniques. Chaque étape de préparation implique une modification de l'utilisation et des propriétés des composants. Toutes ces connaissances sont cruciales dans la conservation/restauration des œuvres. Le défi expérimental consiste à déterminer les recettes anciennes afin de révéler les techniques des artistes.
- Paléontologie : Les fossiles quelle que soit leur taille (du macro au nanoscopique), constituent de précieuses archives de la vie passée. Ils renseignent non seulement sur l’évolution des organismes, mais aussi sur les environnements dans lesquels ils vivaient et sur certains aspects de leur fonctionnement. Grâce aux techniques synchrotron, il devient possible de :
- visualiser tous les traits anatomiques préservés, y compris les structures internes, les restes encore enfouis dans les sédiments, et les morphologies en surface difficilement détectables avec des techniques de laboratoire traditionnelles
- caractériser spatialement les compositions à la fois organique (restes de molécules) et inorganique (minéralogie, éléments traces) des fossiles et des sédiments, qui constituent une riche source d'informations sur la biologie des organismes éteints, les mécanismes de fossilisation et leurs biais, et permettent de distinguer les véritables traces de vie des formes produites par des processus abiotiques. Par ailleurs, ces données jouent un rôle clé dans l’identification de biosignatures, sur Terre comme dans la recherche de vie sur Mars.
- Paléoenvironnement/paléoclimat : Les sédiments, les roches et les fossiles renferment des informations sur les environnements et les climats dans lesquels ils se sont formés, constituant ainsi des archives qui permettent de retracer l’évolution du climat et des grands événements de l'histoire de la Terre. Leur étude aide entre autres à mieux comprendre comment l’oxygénation progressive de la planète a transformé les environnements de surface et accompagné l’évolution de la vie, à explorer les conditions chimiques de la Terre primitive et le rôle qu’ont pu jouer certains éléments dans les premiers processus du vivant, ou encore à reconstituer les environnements dans lesquels vivaient les organismes passés. Les méthodes synchrotron permettent en particulier d’identifier de nouveaux indicateurs ("proxys") paléoenvironnementaux, notamment basés sur des éléments métalliques, et de tester la validité de ceux couramment utilisés en laboratoire.
Techniques d’analyse proposées par la section
- XRF, XAS, XRD, XEOL, X-ray Raman
- Micro-Tomographie à rayons X, imagerie par diffraction cohérente (ptychographie)
- Imagerie UV-visible-IR, spectroscopie UV-visible, micro-spectroscopie IR, STXM, XPEEM
La nouvelle édition de nos Highlights rassemble 41 faits marquants sélectionnés parmi les quelque 700 articles, publiés en 2025, issus des recherches menées sur les lignes de lumière de SOLEIL, mais également au sein de toutes les équipes du synchrotron qui permettent aux scientifiques d’utiliser ces lignes.
Standardization of post-mortem photoelectron spectroscopy studies of battery interphases: from cell assembly to data analysis
Stabilization of the Li3PS4/Li interface by a 4 nm Al2O3 coating studied by in situ HAXPES
Structural and textural analysis of the precursor of Laponite synthesis: Enhanced hydrogen adsorption in a clay material
L'étude des espèces isolées à partir de substrats ou de l'environnement permet d'accéder à la nature fondamentale de la matière, telle que la décrit la mécanique quantique – à savoir les niveaux d'énergie électroniques et vibrationnels –, ce qui fournit des informations sur la structure et la dynamique de cette matière. Ces espèces peuvent aller des atomes et des molécules simples aux ions, radicaux, biomolécules, agrégats, nanoparticules et espèces dissoutes en solution.
L'interaction lumière-matière est essentielle pour comprendre notre monde, depuis l'univers quantique des électrons, des atomes et des molécules jusqu'aux espèces neutres et ioniques interstellaires. Les informations relatives à cette grande diversité d'espèces isolées nous sont transmises par l'absorption de la lumière, qui entraîne l'excitation des mouvements électroniques et nucléaires et nous permet d'acquérir des connaissances sur les espèces chimiques, les niveaux d'énergie électronique, la dynamique électronique et nucléaire ainsi que la réactivité chimique. Les mesures effectuées dans le cadre de la section « Processus fondamentaux dans les systèmes isolés » ciblent cette interaction clé et visent à mieux comprendre les propriétés fondamentales de formes simples de matière isolées de tout environnement interactif. L'étude des éléments constitutifs fondamentaux de la matière, isolés de tout environnement, permet d'accéder à leurs niveaux d'énergie électronique non perturbés, qui peuvent être utilisés pour valider et améliorer les calculs et modèles théoriques de la mécanique quantique, conduisant ainsi à une compréhension plus approfondie des forces qui régissent les réactions chimiques ainsi que de la structure et des propriétés des matériaux.
Lignes de lumière de la section
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Contact
Pour prendre contact avec la section :
Head of Section: John Bozek - john.bozek@synchrotron-soleil.fr
Techniques d’analyse
Absorption des photons
- Absorption infrarouge, VUV et rayons X
- Dichroïsme circulaire
Photoionisation
- Détection d'ions :
- Rendement ionique
- Spectroscopie de masse
- Détection d'électrons :
- Spectroscopie des photoélectrons (PES)
- Spectroscopie Auger (AES)
- Dichroïsme circulaire des photoélectrons (PECD)
- Détection par coïncidence électron-ion :
- Coïncidences photoélectron-photoion (PEPICO),
- Détection de photons :
- Fluorescence optique et UV
- Émission de rayons X (XES)
- Diffusion inélastique résonante (RIXS)