Un monde en couleur

L'œil est sensible à certaines longueurs d'ondes. Quand un matériau n'interagit pas avec celles-ci, il est « incolore ». Pour qu'il soit transparent comme le verre, il ne doit pas non plus contenir de particules hétérogènes (bulles, fissures) même plus petites que ce que l'œil peut percevoir. Si le matériau contient des particules hétérogènes, il sera translucide tel un verre dépoli. Quand le milieu a des atomes qui interagissent par liaisons chimiques avec les longueurs d'ondes, ces dernières vont être absorbées, transformées essentiellement en chaleur et réémises en parties sous une forme lumineuse non visible, l'infrarouge. Seules les couleurs non absorbées atteignent notre œil. Ainsi, on voit une tomate rouge car sa peau a absorbé les autres couleurs du spectre, le vert et le bleu. C'est par la lumière réfléchie que l'essentiel du monde extérieur nous est visible.

Dans le cas d'une céramique émaillée, les phénomènes de diffusion et d'absorption se mélangent. Le lustre a la particularité de renvoyer la couleur selon un troisième phénomène optique : la diffraction. Des « nanobilles » forment un réseau qui disperse ou diffracte la lumière, comme le ferait un prisme. Le rangement en lignes ou en réseaux (c'est-à-dire marquant une distance plus ou moins régulière entre les billes) oriente la réflexion, dite « spéculaire ».

Le lustre, un réseau de nano-précipités métalliques

Bien que l'émail soit principalement constitué d'un verre transparent, il apparaît cependant coloré car il contient des particules métalliques (« les nanobilles » d'argent et de cuivre) de quelques, à quelques dizaines, de nanomètres, c'est à dire de taille comparable aux longueurs d'ondes de la lumière. En outre l'émail contient généralement des ions chromophores qui absorbent certaines longueurs d'ondes et réfléchissent la coloration non absorbée. Dans la réalisation d'un émail lustré, composition, température et conditions de cuisson doivent parfaitement contrôlés pour obtenir la formation des précipités métalliques. Un paramètre important est la présence d'étain pour imposer l'équilibre électrochimique nécessaire à la formation de ces précipités de cuivre et d'argent.

 

Le matériau obtenu est comparable à celui de la partie active de certains dispositifs modernes de traitement de la lumière, pour le transfert d'informations à haut débit par fibre optique ou pour l'absorption des micro-ondes. En couche mince, des dispersions de « nanobilles » métalliques (argent, cuivre, alliages magnétiques…) dans un verre « diélectrique[3] » absorbent sélectivement la lumière. Elles permettent une sélection du signal ou un filtrage optique, protègeant ainsi de certaines longueurs d'ondes (laser, radar par exemple). Le principe pour les lustres créés à Bagdad est le même, avec pour seul objectif de sélectionner une couleur. La connaissance des matériaux du passé (aide aux musées pour l'identification des pièces, leur restauration) sert également les matériaux du futur.

 

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© Ph. Colomban / Manufacture nationale de Sèvres

Vase d'essai de porcelaine à lustre rouge et or côté face, argent de l'autre, avec sa recette. La date inscrite dessous a permis de retrouver la composition utilisée pour l'émail.
Les vases d'essai sont utilisés pour mettre au point les couleurs des émaux, sur des pièces entières.

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Planche photos

 

La technique du lustre

Une céramique émaillée nécessite généralement deux cuissons successives (entre ~900 et ~1300 ° C) en atmosphère oxydante ou réductrice[4], la dernière à une température plus basse de 200 degrés. Pour le lustre, une troisième cuisson à une température encore plus basse (600 °C) en milieu réducteur est nécessaire. Sur la pièce cuite et déjà émaillée, une pâte contenant des réactifs (sels métalliques, vinaigre et lies de vin[5]) est déposée. Elle provoque une réaction avec l'émail sous-jacent, une diffusion et une précipitation des « nanobilles » métalliques, et en fin de cuisson une combustion en surface. Cette nouvelle chaleur modifie ces précipités. Après cuisson, l'objet est lavé à l'eau. La pâte se détache et le décor porte des reflets métalliques. La maîtrise du lustre polychrome réside dans la capacité à porter localement la surface d'émail décorée à une température appropriée à la teneur en cuivre ou en argent apportée par la pâte. C'est la présence de plomb (aux propriétés de fondant) qui permet la fusion de l'émail à aussi basse température. Contrairement à une idée reçue, l'atmosphère de cuisson n'est pas forcément déterminante sur les phénomènes d'oxydation et de réduction, car la composition du matériau impose la couleur. C'est l'analyse par spectroscopie Raman de la composition des émaux qui a permis de reconstituer la température de cuisson.

 

 

 

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[1] Le dossier présenté par la Revue de la céramique et du verre (n° 139) a été établi en collaboration avec le nouveau département Islam du Louvre, le musée national de Céramique à Sèvres, le musée national du Moyen-âge-Cluny, l'aide de la manufacture nationale de céramique à Sèvres, du Centre de recherche sur la Physique des Archéomatériaux (CNRS et université Michel de Montaigne - Bordeaux 3) et d'équipes espagnole et américaine.

[2] Les Abbassides sont la troisième dynastie de califes arabes. Ils ont régné de 750 à 1258 sur un empire musulman dont la capitale était Bagdad, en Irak. Ils se sont intéressés aux sciences, en particulier à l'optique et à la couleur.

[3] Diélectrique : matière isolante et « transparente » pour la lumière

[4] Une atmosphère de cuisson enrichie en oxygène se caractérise par une flamme jaune et provoque une oxydation superficielle.

En milieu réducteur l'atmosphère de cuisson est très pauvre en oxygène. La flamme est bleue. C'est l'oxygène de l'oxyde métallique (d'étain, de fer) du matériau qui est consumé.

Les potiers établissaient ces équilibres entre oxygène, hydrogène, oxyde de carbone ou gaz carbonique à l'aide de bois verts, plus ou moins humides.

[5] Le vinaigre et la lie (dépôt) du vin, déchets domestiques très riches en sels et composés organiques, étaient utilisés comme réactifs associés à d'autres précurseurs des précipités métalliques (sulfures,…), tels une matière première chimique.

Rappel : métal + oxygène = oxyde de…

Contacts :

Chercheur :
Philippe Colomban, directeur du Laboratoire de dynamique, interactions et réactivité (LADIR : CNRS et université Pierre et Marie Curie Paris VI)
Tél. 01 49 78 11 05 - 1117
Mél : philippe.colomban@glvt-cnrs.fr
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Communication du département des Sciences chimiques du CNRS :
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Tél : 01 44 96 48 75
Mél : michele.bauer@dr10.cnrs.fr

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