Collections d’Histoire naturelle

Certains spécimens des collections de minéralogie et de paléontologie soulèvent des difficultés récurrentes en matière de conservation. Par exemple, les minéraux de la famille des sulfures de fer s’oxydent spontanément lorsqu’ils sont exposés à l’humidité et à l’oxygène. Cette oxydation concerne principalement le soufre qui passe d’un état réduit de sulfure, avec un nombre d’oxydation de -2 ou -1 selon le minéral, à un état oxydé de sulfate qui correspond à un nombre d’oxydation +6. Cela signifie un mécanisme complexe de réactions chimiques au cours desquelles s’échangent 7 à 8 électrons.

La pyrite est l’un des sulfures de fer les plus communs que l’on retrouve dans de nombreux site fossilifères. Les fossiles extraits de ces sites sont dits « pyriteux ». Lorsqu’ils sont enfouis sous terre, généralement dans des conditions réductrices, ils se conservent des millions d’années. En revanche, dès leur extraction, ils ont tendance à s’oxyder en donnant lieu à des efflorescences qui altèrent la lisibilité de l’empreinte fossile et fragilisent l’encaissant. L’altération est parfois spectaculaire jusqu’à provoquer une désintégration complète du spécimen. Elle met en jeu des mécanismes encore plus complexes que pour les minéraux eux même car le matériau qui constitue le fossile est composite et poreux. Son comportement dépend de nombreux facteurs : porosité, taille des cristaux de pyrite, mais aussi présence de soufre organique ou encore de bactéries.

Enfin les dommages rencontrés sur les fossiles pyriteux touchent de manière indirecte les matériaux cellulosiques qui sont utilisés pour le conditionnement (boites, étiquettes). En effet, le fer et les sulfates libérés au cours de la dégradation de la pyrite sont susceptibles de migrer dans le support cellulosique provoquant une altération similaire à celle que l’on rencontre sur les documents écrits à l’encre ferrogallique.


Recherches

Les travaux entrepris visent à mieux comprendre les mécanismes d’altération des fossiles et des matériaux qui les conditionnent et à identifier les paramètres les plus influents. Il est donc important de reproduire l’altération en conditions de laboratoire pour mieux l’étudier. Des tests de vieillissement artificiel sont donc conduits pour reproduire sur du matériel fraichement prélevé des dégradations similaires à celles observées sur les spécimens de collection.

L’objectif à long terme de cette démarche est de définir une politique de conservation qui soit à la fois préventive (diagnostic des risques potentiels et des conditions de conservation les plus appropriées), mais aussi active (développement de méthodes curatives permettant de limiter ou de stopper les dommages).

Projets / études de cas

1- Origine des altérations rencontrées sur des argilites carbonées riches en sulfures et en matière organique

Sont concernées par ce projet des argilites qui proviennent du bassin d’Autun. Certaines ont été directement prélevées sur site (comme par exemple le site de Muse actuellement en fouilles), d’autres font déjà partie des collections du MNHN (collection Flouest et collection Oudard). Ces matériaux contiennent des sulfures de nature organique et minérale. Les recherches visent à identifier, parmi ces différentes phases, celles qui sont sont les plus sensibles à l’altération. L’objectif est de mieux comprendre les dommages rencontrés en collection, mais aussi de diagnostiquer les zones potentiellement les plus réactives sur les nouveaux spécimens qui entrent en collections.

2- Comportement au séchage de bois lignitisés fossiles

Sont concernés par ce projet des bois lignitisés fossiles provenant principalement de deux sites: Rivecourt (65 Ma, Oise), aujourd’hui inondé et Angeac (130 Ma, Charente), actuellement en cours de fouille et bien connu du grand public pour avoir livré des restes de sauropodes. Ces bois contiennent des sulfures organiques intégrés à la lignite, mais aussi des inclusions de sulfures inorganiques exclusivement constituées de pyrite. Ces inclusions sont de tailles variées allant du macro- au microscopique et leur oxydation donne lieu à des efflorescences cristallines de sulfate. Ces bois sont, au moment de leur excavation, gorgés d’eau. Leur séchage constitue une étape délicate : trop lent, il provoquer des efflorescences cristallines, trop rapide, des contraintes mécaniques conduisant à de nombreuses fractures. Des recherches ont donc été entreprises pour mieux comprendre les mécanismes d’altération au cours du séchage, mais aussi au cours du « lavage » de ces bois qui bien souvent, restent sur le site en conditions immergées d’une campagne de fouille à l’autre.

3- Altération des matériaux cellulosiques par des ions ferreux en milieu acide

On observe souvent une altération des matériaux cellulosiques qui sont au contact de spécimens pyriteux en cours d’altération. Nous cherchons à mieux comprendre les mécanismes physicochimiques de cette altération principalement provoquée par la présence conjointe de fer et de sulfates au cœur du papier. La dégradation des papiers en présence de fer est généralement attribuée à des mécanismes d’hydrolyse acide et/ou d’oxydation radicalaire  de type Fenton. Les travaux, menés avec une approche relativement fondamentale visent à identifier le mécanisme dominant de l’altération, de manière à proposer des stratégies de remédiation plus efficaces.


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