Le analisi chimiche come ausilio per lo studio dei manufatti artistici

di SILVIA VICINI e CHIARA VIGNOLA

I risultati sul Padreterno dell’Oratorio della SS. Trinità a Novi Ligure

Tra i compiti fondamentali dello storico dell’arte nell’analisi di un’opera ci sono la datazione e l’attribuzione. In questo senso deve essere intesa l’individuazione di un determinato periodo storico durante il quale l’opera sia stata realizzata e, qualora sia possibile, l’attribuzione ad un autore, individuandone l’autenticità ed escludendo che si tratti di una copia o addirittura di un falso.

In fase di restauro, invece, si pone il problema di identificare eventuali rifacimenti, che derivano da restauri precedenti, magari mal eseguiti, o da cambiamenti nel gusto che talvolta determinano lo stravolgimento dell’iconografia originale: in ogni caso si hanno apporti all’opera che non sono omogenei con il periodo storico a cui essa appartiene o dovrebbe appartenere.

Da alcuni anni il chimico affianca il restauratore e lo storico nello studio delle opere d’arte. La sinergia fra queste tre figure professionali permette, avvalendosi delle analisi tecniche ed in particolare dalle analisi chimiche su pigmenti e su leganti, di determinare la natura dei materiali antichi, il loro livello di degrado e di individuare la presenza di sostanze moderne, utilizzando così i componenti dello strato pittorico come preziosi indicatori cronologici.

Il chimico pertanto sostiene il restauratore nelle sue delicate operazioni e conforta lo storico dell’arte nelle sue considerazioni, incrementando lo studio basato su interpretazioni di tipo stilistico e di tecnica artistica abbinate ad una ricerca storica sulle fonti.

Le analisi debbono essere effettuate di norma su sezioni trasversali di campioni prelevati dall’opera. Tali campioni hanno dimensioni estremamente piccole, per cui, anche se le analisi stratigrafiche sono indagini distruttive, generalmente è possibile effettuare prelievi poco invasivi nelle zone in cui si presentano lacune nello strato pittorico superficiale, in prossimità delle quali i campioni da esaminare possono essere estratti. E’ tuttavia necessario penetrare in profondità, se si vuole ottenere un’analisi completa di tutti gli strati sovrapposti.

In via preliminare è necessario effettuare un’osservazione del campione al microscopio ottico così da formulare una prima ipotesi sulla sua natura e individuare il metodo ottimale per prepararlo al fine di effettuarne l’analisi strumentale successiva. Questa osservazione consente di apprezzare l’orientazione della superficie pittorica e quindi di tutti gli strati sovrapposti; inoltre, in tal modo, si ottiene un’immagine a colori degli strati e ciò orienta l’analista nell’indagine chimica dei materiali presenti strato per strato.

L’analisi chimica della stratigrafia viene effettuata con la microsonda a raggi X a dispersione di energia (EDS), abbinata all’osservazione al microscopio elettronico a scansione (SEM), al fine di determinarne la natura chimica delle sostanze presenti e la loro morfologia.

La microscopia elettronica, tecnicamente assai diversa dalla microscopia ottica, si basa sulla dispersione da parte di un oggetto, che sia tenuto in alto vuoto, di un sottile fascio di elettroni accelerati, collimati e proiettati verso l’oggetto stesso, provenienti da un generatore; gli elettroni secondari e/o retrodiffusi emessi dal campione vengono registrati dal detector e creano l’immagine sullo schermo di un computer. L’uso di questa tecnica è particolarmente interessante dato che consente l’esame di oggetti con una nitidezza di immagine elevata e un livello di ingrandimento fino a un milione di volte, del tutto incomparabile con quello della microscopia ottica.

La microsonda fornisce all’analista uno spettro comprensivo di tutti gli elementi chimici presenti nello strato indagato: si tratta di un’analisi cosiddetta elementare, che non dà informazioni sui singoli composti chimici, bensì sui loro costituenti. E’ compito del chimico risalire dagli elementi al composto; per far ciò è ovviamente necessario conoscere la natura chimica di tutti i singoli pigmenti.

L’analisi EDS è ottenuta dall’emissione di raggi x dal campione colpito dal fascio di elettroni. Questa tecnica è particolarmente adatta all’analisi qualitativa di materiali inorganici. E’ inoltre possibile sia ottenere la composizione media di una zona del campione con tutti gli elementi presenti nella zona selezionata o, grazie ad uno spot, l’analisi di un punto ben preciso.

I campioni possono essere analizzati mediante spettroscopia infrarossa. La spettroscopia vibrazionale infrarossa è una delle tecniche sperimentali da anni più usate per la caratterizzazione dei materiali organici e inorganici, sia nei laboratori di ricerca, che a livello industriale, soprattutto da quando, negli ultimi decenni, sono state messe in commercio strumentazioni sofisticate, che consentono di misurare segnali molto deboli in tempi brevi, e ottenere informazioni qualitative da quantità di materia molto piccole.

Nell’analisi IR il raggio infrarosso altera l’energia totale delle molecole presenti a livello di vibrazioni molecolari. Questo fenomeno è strettamente connesso ai tipi di legami chimici presenti nel materiale e di conseguenza al tipo di materiale stesso. Lo strumento fornisce infatti uno spettro la cui interpretazione consente di riconoscere il materiale.

Sulla base di un recente collaborazione con il Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell’Università degli Studi di Genova è stato possibile procedere ad una campionatura di alcune porzioni della cassa processionale il cui studio preliminare è stato pubblicato su Novinostra, anno LII, n.1, giugno 2012.

I nove campioni esaminati – di dimensioni millimetriche -, riportati in tabella, non sono prodotti da carotaggi che verranno effettuati in sede di restauro, ma da scaglie raccolte in zone di fondamentale interesse tra cui gli incarnati del Dio Padre e del Cristo, il manto di colore blu, l’interno del manto di colore rosso e la zona ai piedi del gruppo. L’interesse verso queste aree della statua viene motivato dalla ricerca di risposte scientifiche alle ipotesi mosse sulla base dell’osservazione dell’opera in luce visibile.

CAMPIONE Descrizione
1 Base, strato esterno, azzurro, possibile rifacimento
2 Base, sotto la Croce, strato interno, azzurro scuro
3 Cartapesta, panneggio del Padre, sopra al ginocchio
4 Cartapesta, mano sinistra del Padre (pollice)
5 Tela sottile, retro sotto a manto blu
6 Tela blu, lato destro
7 Manto blu, scaglia
8 Fibra (v. campione 6)
9 Rosso, scaglia

La stratificazione superficiale su più livelli impedisce, ad esempio nelle zone dell’incarnato del Cristo, la piena comprensione del materiale costruttivo, ipotizzabile come cartapesta, pasta di legno o ancora legno intagliato.

L’analisi FTIR condotta sul campione nr. 3 ha confermato la presenza di gesso e di cellulosa rilevando, attraverso l’ingrandimento dello strato più interno al SEM, la tipica struttura ad aghi del gesso (fig. 1). Pertanto nel campione nr. 3 come nel nr. 4, è stata rilevata la presenza della cartapesta, quale materiale costruttivo.

Sebbene risulti difficile comprendere la tecnica costruttiva, la commistione di gesso/cellulosa permette, con concretezza, di fare riferimento alla una tecnica costruttiva del tutto similare a quella francese diffusasi in Europa dal Settecento, denominata papier mâché.

Genericamente definita in Italia, la cartapesta ottenuta con la tecnica del papier mâché, indica un impasto composto di carta “smangiata”, frantumata, macerata in acqua bollente e successivamente pestata all’interno di un mortaio, cui venivano addizionati amido o colla vegetale o animale, polvere di legno, destrina, sostanze minerali (gesso, creta).

Questo composto veniva utilizzato in due differenti modi: pressato in stampi oppure modellato su strutture in legno o ferro, come argilla. I manufatti venivano quindi esposti a fonti di calore per l’essicazione, quindi stuccati, cartavetrati, sottoposti a preparazione per la colorazione – tramite imprimitura – ed infine verniciati e laccati.

Le immagini al microscopio a scansione elettronica ad elevati ingrandimenti ci permettono di osservare la presenza di colla a ricoprire le fibre.

I macroelementi individuati, gesso, cellulosa e colla, suggeriscono la tecnica costruttiva pocanzi analizzata del papier mâché, tecnica che si diffuse a partire dal XVIII secolo, senza peraltro risultare novità assoluta. L’analisi dell’opera di Jacopo Sansovino ha rivelato come il grande innovatore dell’arte scultorea del Cinquecento, già adoperasse una poltiglia per modellare o per ricavare copie da stampi di gesso.

I campioni, ulteriormente ingranditi, presentano sulle strutture delle fibre una chiara presenza di tracce di biodegrado (fig. 2): approfondimento che guiderà l’intervento del restauratore nell’utilizzo della camera anossica.

Sulla superficie del campione nr. 1 tratto dallo strato esterno del basamento della cassa, l’analisi EDS ha rivelato la presenza di titanio, zinco e bario attribuibili al bianco di titanio e al litopone, pigmento di colore bianco, costituito da un miscuglio di solfato di bario  e di solfuro di zinco, insolubile in acqua, che ha come caratteristica un elevato potere coprente, utilizzato a partire dalla fine del XIX secolo. Le prove di pulitura, recentemente eseguite in alcune zone della cassa, hanno permesso di rilevare almeno tre diverse stratificazioni dovute a ridipinture ed un’imprimitura mediana, tale da suggerire una successione periodica di interventi sull’opera tali da alterarne la lettura originale.

Il campione numero nr. 7, prelevato dal manto blu del Dio Padre, esaminato in sezione al microscopio ottico, evidenzia una stratificazione ben dettagliata (fig. 3): in particolare nell’immagine al SEM a destra, ingrandita – fig. 3b-, si osserva nello strato di fondo la morfologia tipica del gesso già osservata in altri campioni, uno strato chiaro che rivela presenza di elementi chimici pesanti come il piombo che schermano gli elettroni, mentre lo strato intermedio scuro è costituito da elementi organici poco schermanti. L’analisi EDS permette di identificare la composizione dei vari strati identificando un’imprimitura a base di biacca, carbonato basico di piombo, mentre nello strato più superficiale si trova ancora solfato di bario, ma questa volta con la presenza di rame, elemento riconducibile alla colorazione azzurra.

Il campione prelevato dal manto è stato indagato per fornire informazione sulla colorazione e per identificare il materiale tessile. Nello spettro della luce visibile si poteva intravedere una trama riconducibile ad un qualche tessuto che era stato catalogato come lino, juta o cotone. L’immagine ottenuta al microscopio elettronico a scansione rivela la presenza di fibre di cotone dalla tipica morfologia a nastro ripiegato (fig. 4): le fibre risultano sporche, ma non degradate meccanicamente.

Altrettanto evidente è la fibra di cotone nell’analisi del campione nr. 8 prelevato in altra zona del manto: questo campione presenta un aspetto più denso e compatto, con chiara presenza di sporcizia come  si può osservare in fig. 5. Quest’ultimo campione di tessuto, analizzato sulla superficie mediante microsonda EDS riporta alla presenza di gesso e silicoalluminati (terre). La presenza di gesso (di cui le fibre sembrano intrise) denota una maniera particolare di modellare il tessuto nella realizzazione della statuaria nella storia della cartapesta bolognese denominata maniera del Vitenè: i teli ammollati in colla a caldo venivano modellati durante il raffreddamento conferendo una grande naturalezza ai panneggi ottenuti. Inoltre la presenza del cotone permette di ipotizzare una datazione della scultura a partire dalla seconda metà del ‘600: il cotone arriva in Europa già nel Medioevo, ma il suo utilizzo si diffonde solamente nel pieno ‘600, epoca in cuinasce la Compagnia francese delle Indie orientali.

Le conclusioni che si possono trarre da questo lavoro di ricerca e di analisi chimica dei campioni hanno stimolato ad intraprendere ulteriori ricerche più approfondite, hanno fornito alcune certezze importanti e hanno aperto ulteriori quesiti che verranno sciolti in sede di restauro.

fig. 1: strato di gesso

fig. 1: strato di gesso

 

fig. 2: osservazione al SEM del campione 4

fig. 2: osservazione al SEM del campione 4

 

Fig. 3a: immagine al microscopio ottico del campione 7

Fig. 3a: immagine al microscopio ottico del campione 7

 

Fig. 3b: osservazione al SEM del campione 7 in sezione

Fig. 3b: osservazione al SEM del campione 7 in sezione ingrandimento

Fig. 3b: osservazione al SEM del campione 7 in sezione e suo ingrandimento

 

Fig. 4: osservazione al SEM del campione 5

Fig. 4:osservazione al SEM del campione 5

 

Fig. 5: osservazione al SEM del campione 8

Fig. 5: osservazione al SEM del campione 8

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