Maladie du bronze : un défi majeur dans la conservation des pièces archéologiques à base de cuivre

Les réactions de corrosion sont les phénomènes les plus dangereux affectant le patrimoine métallique dans divers environnements, notamment l'environnement intérieur du musée, l'atmosphère extérieure et le sol funéraire. Les pièces de monnaie sont de petits objets ayant une valeur intrinsèque, contenant des informations liées à l'architecture, à la culture et aux arts de leur époque.

Corrosion is a major threat to metal artifacts in various environments, including museums, outdoor atmosphere, and burial soil. Coins, being small objects with intrinsic value, hold rich information about architecture, culture, and arts of their time. They often bear images of rulers, national or religious symbols, and inscriptions, offering insights into the political and economic history of their period. Many coins show important buildings, temples, and other architectural marvels, serving as small canvases for the artistic styles of their period. The study of coins combines elements of history, archaeology, and art history.

La corrosion constitue une menace majeure pour les objets métalliques présents dans divers environnements, notamment les musées, l’atmosphère extérieure et les sols funéraires. Les pièces de monnaie, petits objets ayant une valeur intrinsèque, contiennent de riches informations sur l’architecture, la culture et les arts de leur époque. Ils portent souvent des images de dirigeants, des symboles nationaux ou religieux et des inscriptions, offrant un aperçu de l'histoire politique et économique de leur époque. De nombreuses pièces de monnaie représentent des bâtiments importants, des temples et d’autres merveilles architecturales, servant de petites toiles aux styles artistiques de leur époque. L’étude des monnaies combine des éléments d’histoire, d’archéologie et d’histoire de l’art.

Bronze represents a class of alloys widely used in ancient times, valued for its hardness and greater corrosion-resistant compared to pure metals. Ancient cast bronze typically contains copper with varying amounts of tin, and zinc depending on the desired properties of the alloy. The addition of lead (Pb) improved the fluidity of molten bronze, making it a preferred material for production of decorative coins, particularly during the Greco-Roman ages. The corrosion products of bronze are mainly composed of copper oxides, forming a uniform pale brown to black-brown layer known as the primary patina. Preserving this patina especially the cuprite, along with surface details, is the main goal in the conservation of copper-based coins.

Le bronze représente une classe d'alliages largement utilisée dans l'Antiquité, appréciée pour sa dureté et sa plus grande résistance à la corrosion que les métaux purs. Le bronze coulé ancien contient généralement du cuivre avec des quantités variables d'étain et de zinc en fonction des propriétés souhaitées de l'alliage. L'ajout de plomb (Pb) a amélioré la fluidité du bronze en fusion, ce qui en a fait un matériau privilégié pour la production de pièces de monnaie décoratives, notamment à l'époque gréco-romaine. Les produits de corrosion du bronze sont principalement composés d’oxydes de cuivre, formant une couche uniforme brun pâle à brun noir connue sous le nom de patine primaire. La préservation de cette patine, en particulier de la cuprite, ainsi que des détails de surface, est l'objectif principal de la conservation des pièces de monnaie à base de cuivre.

Patina is a thin, natural or artificial layer that forms on bronze due to chemical reactions such as oxidation. It develops over time through exposure to environmental factors, including humidity, pollution, and soil. Patinas are composed of compounds such as copper oxides (e.g., cuprite), carbonates (e.g., malachite), or sulfates. Natural patinas provide protection against corrosion, while artificial patinas are applied for aesthetic or protective purpose. In archaeology, patinas are valuable as they act as a historical record and serve as a protective barrier, making their preservation crucial in conservation efforts.

La patine est une fine couche naturelle ou artificielle qui se forme sur le bronze en raison de réactions chimiques telles que l'oxydation. Il se développe au fil du temps en raison de l’exposition à des facteurs environnementaux, notamment l’humidité, la pollution et le sol. Les patines sont composées de composés tels que des oxydes de cuivre (par exemple, la cuprite), des carbonates (par exemple, de la malachite) ou des sulfates. Les patines naturelles offrent une protection contre la corrosion, tandis que les patines artificielles sont appliquées à des fins esthétiques ou protectrices. En archéologie, les patines sont précieuses car elles font office de témoignage historique et servent de barrière protectrice, ce qui rend leur préservation cruciale dans les efforts de conservation.

Surface degradation occurs due to corrosion, which involves not only oxidation but also the formation of copper chlorides (bronze disease) and other corrosion products that vary in thickness and composition. Bronze disease is an active corrosion process in which bronze reacts with chloride ions to form cuprous chloride (CuCl), leading to metal degradation. In humid environments, cuprous chloride reacts with water to produce hydrochloric acid, further accelerating deterioration. This results in pitting and flaking, weakening the structural integrity of artifacts. Bronze disease can compromise the structural, historical, and aesthetic values of archaeological coins. The reaction speed on the bronze surface varies depending on the object’s history and surrounding environment.

La dégradation de la surface est due à la corrosion, qui implique non seulement l'oxydation, mais également la formation de chlorures de cuivre (maladie du bronze) et d'autres produits de corrosion dont l'épaisseur et la composition varient. La maladie du bronze est un processus de corrosion actif dans lequel le bronze réagit avec les ions chlorure pour former du chlorure cuivreux (CuCl), entraînant une dégradation du métal. Dans les environnements humides, le chlorure cuivreux réagit avec l’eau pour produire de l’acide chlorhydrique, accélérant encore la détérioration. Cela entraîne des piqûres et des écailles, affaiblissant l’intégrité structurelle des artefacts. La maladie du bronze peut compromettre les valeurs structurelles, historiques et esthétiques des pièces archéologiques. La vitesse de réaction sur la surface du bronze varie en fonction de l'histoire de l'objet et de son environnement.

Sulfur and chloride ions can penetrate the patina and metal core, causing pits to form on the surface. Aggressive chloride accelerates the dissolution of copper-based alloys, causing the loss of native protective layers in burial environments. The corrosion layers mainly consist of malachite (CuCO3. Cu(OH)2), which disrupts the CuCl/Cu2O mixture and causes exfoliation. Post-excavation cuprous chloride (CuCl) hydrolyzes into hydroxyl chloride polymorphs Cu2OH3Cl in the presence of water. Bronze disease occurs with the formation polymorphous copper hydroxyl chlorides, including atacamite, paratacamite, clinoatacamite, and botallackite.

Les ions soufre et chlorure peuvent pénétrer dans la patine et le noyau métallique, provoquant la formation de piqûres à la surface. Le chlorure agressif accélère la dissolution des alliages à base de cuivre, provoquant la perte des couches protectrices natives dans les environnements funéraires. Les couches de corrosion sont principalement constituées de malachite (CuCO3. Cu(OH)2), qui perturbe le mélange CuCl/Cu2O et provoque une exfoliation. Le chlorure cuivreux (CuCl) après excavation s'hydrolyse en polymorphes de chlorure d'hydroxyle Cu2OH3Cl en présence d'eau. La maladie du bronze se produit avec la formation de chlorures d'hydroxyle de cuivre polymorphes, notamment l'atacamite, la paratacamite, la clinoatacamite et la botallackite.

Lead plays an effective role in influencing the corrosion rate by forming highly stable lead carbonates and insoluble lead chloride, which remain stable after excavation. Protective conservation is the most effective process to prevent or at least delay degradation. However, achieving suitable environmental conditions is challenging, making it necessary to apply a protective system. Protective coatings, including natural patinas or applied treatments, inhibit corrosion by forming a barrier against moisture, oxygen, and pollutants, helping to preserve the artifact and minimize further damage. The coating system is a significant topic to stop corrosion and ensure the long-term stability of archaeological coins. There is a continuous study to provide better protection for objects by preventing the influence of humidity and contaminations with special requirements for conservation-restoration ethics such as ease of application, transparency, good appearance, long-term stability, reversibility, and safety for conservators-restorers and the environment.

Le plomb joue un rôle efficace en influençant le taux de corrosion en formant des carbonates de plomb très stables et du chlorure de plomb insoluble, qui restent stables après l'excavation. La conservation protectrice est le processus le plus efficace pour prévenir ou au moins retarder la dégradation. Cependant, il est difficile d’obtenir des conditions environnementales appropriées, ce qui nécessite l’application d’un système de protection. Les revêtements protecteurs, y compris les patines naturelles ou les traitements appliqués, inhibent la corrosion en formant une barrière contre l'humidité, l'oxygène et les polluants, contribuant ainsi à préserver l'artefact et à minimiser les dommages supplémentaires. Le système de revêtement est un sujet important pour arrêter la corrosion et assurer la stabilité à long terme des pièces archéologiques. Une étude continue est en cours pour assurer une meilleure protection des objets en évitant l'influence de l'humidité et des contaminations avec des exigences particulières en matière d'éthique de conservation-restauration telles que la facilité d'application, la transparence, le bon aspect, la stabilité à long terme, la réversibilité et la sécurité pour les restaurateurs. les restaurateurs et l'environnement.

Through ancient conservation, natural resins were used to coat metal surfaces, but they often curled and flaked away. In contrast, methyl acrylate/ ethyl methacrylate 30:70% (Paraloid B-72®) is considered the most widely used coating for archaeological objects in Egypt due to its economic efficiency, transparency, and reversibility. It can be applied on both clean metal surfaces and those covered with patina.

Grâce à la conservation ancienne, des résines naturelles étaient utilisées pour recouvrir les surfaces métalliques, mais elles s'enroulaient et s'écaillaient souvent. En revanche, l'acrylate de méthyle/méthacrylate d'éthyle 30 : 70 % (Paraloid B-72®) est considéré comme le revêtement le plus largement utilisé pour les objets archéologiques en Égypte en raison de son efficacité économique, de sa transparence et de sa réversibilité. Il peut être appliqué aussi bien sur des surfaces métalliques propres que sur celles recouvertes de patine.

The study of archeological coins is essential for both the preservation of cultural heritage and advancements in corrosion science. Analyzing the corrosion products of bronze archeological coins provides insights into the surface morphology, which aids in the preservation of cultural heritage.

L'étude des pièces archéologiques est essentielle à la fois pour la préservation du patrimoine culturel et pour les progrès de la science de la corrosion. L'analyse des produits de corrosion des pièces archéologiques en bronze fournit un aperçu de la morphologie de la surface, ce qui contribue à la préservation du patrimoine culturel.