Altération des verres et vitraux

Les premiers travaux portant sur le sujet sont ceux de Sir D. Brewster en 1863.
Ils montrent que le phénomène d'iridescence observé sur un verre antique était provoqué par une succession de feuillets qui diffractent la lumière et la décompose.
Les premières analyses chimiques réalisées sur des verres altérés par Hausman en 1856 ont montré ce qui n'a pu qu'être confirmé depuis, à savoir que les verres altérés étaient fortement hydratés en surface et qu'il y avait un départ des oxydes alcalins très important, c'est la première mention du phénomène de lixiviation que nous connaissons.

Les découvertes suivantes ne datent que des années 1930 et sont dues au Prof F. Raw, un géologue. Il observa lui aussi les fameuses altérations en feuillets qui débutaient dans des cavités hémisphériques à la surface du verre. Il remarqua aussi que ces cupules avaient tendance, au cours du temps à se rejoindre, pour donner au verre un aspect écaillé. Deux autres observations sont d'importance : Il remarqua que la grisaille fixée sur le verre avait tendance à protéger celui-ci, et qu'une élévation de la température avait tendance à augmenter le nombre de feuillets d'altération.

D'autres travaux menés sur les feuillets d'altération ont établi un lien entre ces phénomènes et le mécanisme des anneaux de Liesegang, en particulier Guillot en 1934 et réfutée par Geilmann en 1956. A propos de ces feuillets, des auteurs se sont posé la question de savoir si ce ne serait pas un moyen de dater les verres archéologiques.

De très importantes publications telles que celles de Geilmann en 1956, Brill et Hood en 1961, ou encore Brill en 1963 ont émis cette hypothèse en étudiant la formation de ces figures en relation avec des cycles comparables à la succession des saisons. Mais il semble que cette hypothèse, qui est bien confirmée par certains exemples soit complètement infirmée par d'autres et que les feuillets se forment dans des conditions bien précises, en particulier sur des éléments de verre enfouis dans des sols (Newton, 1971).

Pour essayer de comprendre les phénomènes d'altération des vitraux, il faut tenir compte de 2 principaux paramètres :

1 - La composition du verre et ses défauts de structure.
2 - Les caractéristiques du milieu d'enfouissement ou de conservation.

1. La composition du verre
Pour qu'un verre soit résistant à l'altération, il faut que sa composition respecte certaines règles qui ont pu être obtenues de manière empirique par le passé :

Le rapport Silice-Oxydes alcalins :
Les alcalins utilisés comme fondants ont une réactivité chimique importante, c'est donc eux qui sont lixiviés les premiers. Mais on a constaté que les verres sodiques (Antiquité et Renaissance) étaient moins sujets à la lixiviation que les verres potassiques du Moyen-Age.

Le rapport Silice-Alcalino-terreux :
Ces éléments destinés à stabiliser et à renforcer la structure du verre doivent être en quantité suffisante, sans toutefois avoir une proportion trop importante. En excès, ils facilitent la désagrégation du verre, car ils sont très solubles dans l'eau.

Le rapport entre les Alcalins et les Alcalino-terreux :
Les premiers qui constituent les fondants ne doivent pas se trouver en trop grande quantité par rapport aux seconds qui sont les stabilisants. Les fondants ne doivent pas dépasser 20 %, alors que les stabilisants doivent compter pour environ 15% de la composition du mélange vitrifiable.

Les colorants utilisés :
Par exemple le manganèse qui en s'oxydant provoque la formation d'un voile opacifiant le verre.
Les défauts du verre ont eux aussi leur importance : Il semble que des défauts de structure de taille minime tels que des craquelures ou des bulles proches de la surface constituent un terrain favorable au développement de l'altération. Ces défauts de structure dépendant, en grande partie, de l'histoire thermique du verre, des auteurs ont remarqué la bonne influence du recuit qui permet de supprimer ces défauts de surface en apportant un poli au verre, ainsi qu'une diminution des tensions de surface (Müller, 1992).

2. Les conditions de conservation
Un verre en général, et un vitrail en particulier, sont sujets à des agressions continues dès leur mise en place. Parmi ces attaques, on peut citer :

Les phénomènes météorologiques La pluie, le vent, la grêle...
Les actions humaines : guerres, vandalisme, mais surtout depuis un siècle les émanations industrielles, les émanations dues à la combustion des hydrocarbures qui ont remplacé celles liées à la combustion du bois et de ses dérivés.
Les campagnes de restauration qui occasionnent quelquefois des dégâts importants ou des erreurs lors de la repose (vitraux posés à l'envers ). Le dépôt dans un sous-sol humide.