Morgane GERARDIN

Connecting physical and chemical properties with material appearance
Doctorante Inria équipe Maverick / Institut Néel, département PLUM
Ingénieure en optique diplômée de l’Institut d’Optique Graduate School (2018), j’y ai suivi un cursus spécialisé en colorimétrie et étude de l’apparence des matériaux. Etant par ailleurs particulièrement intéressée par l’art, je rejoins l’Inria et l’Institut Néel dans le cadre de l’étude physico-chimique de pigments utilisés dans les peintures rupestres. L’objectif est non seulement d’établir un lien entre propriétés physico-chimiques et apparence de ces pigments, mais également d’en déduire des modèles analytiques permettant de générer des images photo-réalistes de peintures aujourd’hui très dégradées.

Dans un premier temps l’étude sera focalisée sur un matériau très communément utilisé et aux propriétés de coloration intéressantes : l’hématite. Alors qu’un minerai massif d’hématite est noir, il est bien connu qu’une fois réduit en poudre ce matériau prend une teinte rougeâtre. L’observation  de peintures pariétales datant de la Préhistoire ont par ailleurs permis de répertorier différentes teintes d’hématite, allant de l’ocre rouge au pourpre. Par la suite d’autre pigments seront étudiés.

Les modèles géométriques actuels permettent de visualiser par le biais d’images photo-réalistes l’apparence d’un bloc d’hématite de taille variable et donc de modéliser l’interaction de la lumière avec une particule unique. Néanmoins, des phénomènes de diffusion de la lumière sont à prendre en compte pour comprendre l’apparence globale d’une couche de peinture qui implique la contribution d’un très grand nombre de particules. La diffusion de Mie est notamment applicable dans le cadre de suspensions homogènes. D’autres phénomènes de diffusion seront à explorer pour arriver à décrire le cas d’une couche constituée d’une poudre sèche déposée sur une paroi, le liant utilisé (supposé être de l’eau) ayant aujourd’hui disparu.

En parallèle de ce travail de modélisation, le travail consistera à synthétiser des poudres cristallines d’hématite. Différents protocoles d’élaboration, décrits dans la littérature, seront mis en œuvre afin d’obtenir des poudres (idéalement monodisperses) de cristaux de taille et morphologie variées, offrant ainsi une large palette de couleurs. Leur caractérisation optique permettra d’établir un lien entre la coloration et la morphologie de ces poudres. Pour cela, la microscopie électronique et différentes méthodes de spectroscopie (étude en réflexion et en transmission) seront utilisées. Les résultats permettront d’améliorer les modèles analytiques utilisés pour générer des images photo- réalistes de ces matériaux.

Publié le 13 mai 2019