Agent de détérioration : Température inadéquate

Les dommages chimiques cumulatifs causés par l'exposition à des températures assez élevées pour entraîner une dégradation rapide

Nombre de produits fabriqués après la première moitié du XIXe siècle, particulièrement les papiers, les matériaux photographiques, les caoutchoucs et de nombreux types de matières plastiques, subissent une dégradation chimique irréversible au cours d'une période correspondant à la durée moyenne d'une vie humaine. On peut maintenant ajouter à cette liste un éventail de supports d'enregistrements électroniques contemporains qui va des rubans analogiques aux disques numériques. Les tableaux 1a et 1b contiennent une liste des objets de musée et d'archive, classés en fonction de leur sensibilité chimique à une situation très particulière de « température trop élevée », soit la température ambiante normale, ainsi que les valeurs de leur durée de vie approximative. La dégradation étant en grande partie provoquée par l'hydrolyse acide, l'humidité relative (HR) joue aussi un certain rôle dans ce domaine (consulter la section Humidité relative inadéquate), mais la température constitue toutefois l'élément dont la régulation est la plus importante. En plus des matériaux qui sont déjà acides lors de leur fabrication, il faut aussi tenir compte des matériaux tels que les textiles, les papiers et les cuirs, qui deviennent acides lorsqu'ils sont exposés à certains polluants qui se trouvent à l'intérieur ou à l'extérieur des bâtiments, tout particulièrement le dioxyde de soufre associé à la pollution atmosphérique industrielle des XIXe et XXe siècles.

Les pellicules et les feuilles de nitrate de cellulose, qui ont surtout été produites de 1896 à 1952 , constituent un cas exceptionnel de sensibilité élevée. Ces matériaux ont tendance à devenir poudreux ou poisseux au fil des ans. Les rouleaux de pellicule ayant subi une sérieuse dégradation peuvent même s'enflammer à des températures supérieures à 38 °C. Les personnes responsables devraient déterminer si leurs collections contiennent de tels objets et, le cas échéant, les isoler.

Tableaux 1a et 1b. Sensibilité chimique de certains matériaux à la température ambiante et durée de vie des matériaux dans diverses autres conditions. Les valeurs de la durée de vie ont été établies pour une HR d'environ 50 %. Pour plus de détails sur l'effet combiné de l'HR et de la température sur la durée de vie, consulter Humidité relative inadéquate. Les sources, pour la plupart des matériaux, font l'objet d'un examen dans la publication de Michalski (2000).

Les effets physiques directs des variations de température

Les sections portant sur les « températures trop élevées » et les « températures trop basses » traitaient des dommages imputables à la conservation des objets à une température donnée, plutôt que du processus de chauffage ou de refroidissement à partir d'une température plus basse ou plus élevée que la température cible. Dans le cas des dommages physiques, il existe une relation directe avec des transitions précises des propriétés physiques. Dans la présente section sur les variations de température, on tient compte des dommages causés par la variation de température même, sans égard à la température initiale ou finale. Ce paramètre est celui que les ingénieurs et les dispositifs mécaniques de régulation essaient, à forts coûts, de maîtriser, lorsqu'on veut limiter les variations à une plage étroite de valeurs. Les mécanismes qui sont indirectement responsables des dommages sont la dilatation des matériaux qui accompagne leur réchauffement et, inversement, leur contraction, lorsque leur température diminue. Il existe deux types de situations qui entraînent des dommages, soit celle où les composants d'un assemblage complexe présentent des coefficients de dilatation distincts et celle où un objet est soumis à une variation de température plus rapide que sa capacité de réagir à celle-ci de manière uniforme.

La résolution de problèmes techniques classiques a permis de traiter de nombreux cas d'objets complexes soumis à des variations extrêmes de température, par exemple, ceux de moteurs, de structures en acier de ponts à long tablier et même de cafetières en verre. Si on utilise ces modèles pour estimer les risques de rupture, il est clair que les variations de température nécessaires pour causer de tels dommages, pour la plupart des objets dont la taille peut se situer entre celle de véhicules et celle d'objets portatifs, sont de l'ordre d'au moins quelque 200 °C, dans le cas de matériaux cassants, et sont beaucoup plus importantes dans celui de matériaux résistants comme le bois, le papier, le cuir et la plupart des peintures. Les dommages causés par des transitions apparaissant dans les listes des catégories de « températures trop élevées » et de « températures trop basses », même le processus de carbonisation, se produisent habituellement avant la rupture. Tel que susmentionné dans la section « Les températures trop basses », les résultats d'études récentes sur les effets secondaires du traitement d'objets à de basses températures (de -30 à -40 °C), afin de les protéger contre les dommages causés par des insectes et animaux nuisibles, indiquent qu'ils n'ont subi que très peu de dommages physiques, voire aucun. Un chercheur qui possède une vaste expérience dans ce domaine (Padfield, 2006 ), n'a observé qu'un seul cas de dommages importants imputables exclusivement à une variation de 50 °C, soit le refroidissement de 20 à -30 °C suivi d'un réchauffement pour revenir à 20 °C. Les dommages en question consistaient en une délamination de la couche métallique appliquée à l'arrière du verre d'un vieux miroir. C'est ainsi qu'un stratifié composé de matériaux solides très rigides, appliqués sous forme de couche continue, qui présentait une faible adhérence (le tain des miroirs anciens s'écaille souvent facilement), constitue un cas de référence en matière de sensibilité élevée aux variations de température. Un matériau de ce type peut en effet résister pendant des décennies à des variations des conditions climatiques ambiantes (probablement des variations de températures d'au moins 15 °C), mais il est fort probable qu'il subisse une délamination s'il est soumis à une variation de 50 °C. Ces données concordent avec l'estimation antérieure selon laquelle la plupart des objets, particulièrement ceux composés de matériaux plus souples que le verre et le métal (le bois, la peinture, le cuir) ou ceux dont la conception permet un certain mouvement des composants (incrustations de métal dans le bois, faces du calibre et du cadran fixées à l'aide de pinces), devraient résister à une variation de 50 °C, et ce, avec de très faibles, sinon de minimes, risques.

Mais qu'en est-il des cas d'objets subissant de nombreuses variations successives de température? L'application répétée de contraintes peut entraîner la fissuration de fatigue des matériaux. Dans le cas initial d'une contrainte périodique unique qui provoque une rupture, les données d'études techniques réalisées sur de nombreux matériaux indiquent que pour une valeur correspondant à environ un quart de ladite contrainte, dans le cas de matériaux cassants (verre, céramiques, peintures à l'huiles anciennes), et à environ la moitié de la même contrainte, dans le cas de matériaux résistants (bois, papier, cuir), la fissuration de fatigue se produit après environ un million de cycles. Pour une valeur correspondant à environ un huitième de la contrainte, les matériaux résisteront indéfiniment aux variations de température, mais comme l'exécution d'un million de cycles quotidiens prendrait 3000 ans et puisque la plupart des objets ne peuvent complètement réagir aux cycles plus rapidement que dans ces conditions, on peut considérer que la combinaison d'un million de cycles et d'un quart de la contrainte constitue une extrapolation très prudente des risques préoccupants associés à de multiples variations de la température. On peut donc extrapoler qu'un objet présentant une sensibilité élevée (un objet cassant) et qui subit des dommages lorsqu'il est soumis à une seule variation de 50 °C, ne subira les mêmes dommages qu'après de nombreux millénaires, s'il est simplement soumis à des variations quotidiennes de 10 °C (ce qui explique la résistance du vieux miroir à des variations antérieures, probablement inférieures à celle de 50 °C). La plus grande partie des objets de musée et d'archive étant beaucoup moins sensibles, on peut encore accroître, tout en restant prudent, ces variations quotidiennes permises, et les fixer à 20 °C ou même 40 °C. Les résultats de la modélisation géologique de l'érosion subie par des grès cassants et faiblement agglomérés, exposés aux températures extrêmes du désert pendant des millénaires laissent croire que ladite estimation est effectivement prudente, car les variations de température auxquelles sont soumises ces surfaces, entre le jour et la nuit, sont largement supérieures à la plage de quelque 50 °C.

Selon un autre auteur, les craquelures que contiennent les premiers essais de peintures sur toile sont attribuables à de légères variations de température, mais un examen plus rigoureux des données révèle qu'il est plus probable que les craquelures soient causées par une quelconque condensation à la surface de la toile et que l'interprétation soit faussée par des mesures incorrectes de la température. Ainsi, une peinture de Krieghoff qui présente de nombreuses craquelures et cuvettes (consulter la section Humidité relative inadéquate), qui a été soumise par le passé à des variations quotidiennes de température et d'HR, ne présente pas de craquelures dans la zone située au-dessus des barres du châssis. Les calculs de la réponse thermique, de même que la réponse à l'humidité de la zone susmentionnée (Michalski, 1991), indiquent que cette plage a surtout été protégée contre des variations quotidiennes d'HR, mais pas de celles de température. Il semble donc que les variations quotidiennes de température propres aux conditions ambiantes d'une maison historique canadienne ne sont pas responsables des craquelures que présente cet objet. D'autre part, les résultats de modélisations informatiques d'anciennes peintures à l'huile, réalisées par d'autres auteurs, semblent indiquer que les basses températures enregistrées en hiver, considérées comme variations saisonnières, sont effectivement responsables de certains motifs de craquelures qui sont couramment observés dans le domaine.

L'utilisation du concept pratique de « variation démontrée »

L'analyse des risques associés aux variations de température est un processus complexe et des incertitudes persistent en ce domaine. On peut donc, à toutes fins utiles, utiliser plutôt le concept de « variation démontrée ». Selon ce dernier, tout objet pour lequel il a été clairement établi qu'il a été soumis, à au moins une occasion, à une très basse température, par exemple, -30 °C, ou à une quelconque température élevée, par exemple, 40 °C, n'est pas susceptible de subir des dommages mécaniques additionnels s'il est soumis une deuxième fois à des conditions semblables, car toute rupture, délamination ou compression irréversible pouvant l'affecter a effectivement déjà eu lieu (sauf s'il est établi que l'objet a été grandement fragilisé depuis, en raison d'autres facteurs). Afin de tenir compte de l'effet de fatigue, il convient de modifier le concept trop simple de « variation démontrée », notamment en établissant que la prévision des risques associés à une seule variation de température doit être basée sur une « variation unique démontrée » et celle des risques associés à des variations répétées, sur des « variations répétées démontrées ».

Autrement dit, toute séquence de variations de température qui est semblable à des séquences auxquelles un objet a déjà été soumis ne devrait pas causer des dommages significatifs à ce dernier. Un corollaire pratique peut être tiré de cette affirmation, soit le fait que toute amélioration des conditions ambiantes antérieures, si modeste soit-elle, permettra d'éliminer les risques de dommages physiques. Il est donc important que l'évaluation des mesures de régulation des conditions ambiantes utilisées par le passé soit d'une très grande exactitude et, par conséquent, de ne pas sous-estimer la gravité de ces conditions, car plus la détermination des pires conditions antérieures est juste, plus il est facile d'assurer aux objets de futures conditions de conservation adéquates. (Le même raisonnement s'applique au cas des variations d'HR.)

Comment équilibrer les risques découlant de valeurs contradictoires de températures « adéquates »

La diversité des différentes températures inadéquates se traduit presque toujours par l'impossibilité de déterminer une température « appropriée » à laquelle les risques d'endommager la collection sont nuls et, conséquemment, qu'il est uniquement possible d'établir des conditions dans lesquelles la température constitue un risque minimum. Le dilemme le plus courant se pose dans le cas où l'objet subit des dommages chimiques cumulatifs attribuables à une « température trop élevée » et des dommages mécaniques imputables à une « température trop basse », en plus des effets inévitables causés par les variations saisonnières. Par exemple, si un musée canadien possède des archives de documents datant du XX^e siècle, un entrepôt contenant des journaux, une collection de poupées en caoutchouc, des véhicules ou du matériel agricole équipés des pneus en caoutchouc et des pièces en plastique d'origine, ainsi que des boîtes de lainages, les responsables devraient-ils tirer avantage des basses températures hivernales, en matière de conservation, et ce, même si certains matériaux peuvent alors devenir cassants? Puisqu'il serait très coûteux de conserver les machines à ces basses températures en été, la grande variation saisonnière de température peut-elle plus que compenser les avantages des conditions froides temporaires? Et, existe-t-il une situation intermédiaire idéale de « compromis »?

En résumé, on peut affirmer que les conditions hivernales froides favorisent généralement la conservation d'une collection. Toutes les données fiables qui ont été regroupées au fil des ans, dans le cadre de travaux de comparaison de collections conservées dans différentes conditions climatiques, indiquent que nos collections seront en bien meilleur état si elles sont conservées à basse température en hiver et que les risques associés au froid, ou aux variations saisonnières, sont minimes, voire nuls.

Il est aussi possible d'adopter une approche plus modérée au chapitre des avantages offerts par la conservation d'objets dans des conditions hivernales. Une fois qu'un objet est soumis à une température approximativement inférieure à 5 °C, les avantages liés au passage à des températures encore plus basses sont négligeables en ce qui concerne sa dégradation chimique globale sur une période d'un an, car la période de dégradation estivale ne varie pas. D'autre part, les risques de dommages mécaniques continuent de croître à mesure que la température baisse au-dessous de 5 °C. Si on adopte une approche visant à réduire au minimum les coûts d'énergie, soit en chauffant un peu le milieu ambiant en hiver et en le refroidissant un peu en été, il existe alors une « situation idéale » en matière des risques totaux : il suffit de maintenir la température ambiante au-dessous de 25 °C en été et au-dessus de 5 °C en hiver. Si l'objectif est d'assurer une meilleure préservation de matériaux chimiquement instables, par exemple, des journaux, des films, des rubans et des matières plastiques, il faut envisager la mise en œuvre de mesures d'entreposage à froid à l'année longue.

Problèmes relatifs à l'HR causés par la variation des températures ou des températures non uniformes

Les responsables de musées et leurs conseillers regroupent souvent les concepts de température et d'HR en bloc dans la catégorie de la « régulation des conditions ambiantes » ou du « milieu ». Dans le présent document, on traite des températures inadéquates et des conditions d'HR inadéquates comme des agents distincts, car les dommages qu'ils peuvent faire subir aux collections, tout comme les méthodes de régulation appropriées, possèdent beaucoup plus d'éléments différents que de points communs. En outre, le traitement commun des deux agents en fonction de « normes de régulation des conditions ambiantes » a souvent mené à des généralisations incorrectes et à des simplifications peu pratiques. Dans le cas des supports d'enregistrements électroniques et de photographies, de papier journal et de documents d'archives de nature administrative, et d'objets en plastique de collection d'art moderne qui se dégradent naturellement, le facteur clé est celui des risques associés aux « températures trop élevées », car ceux liés aux variations de l'HR sont, en comparaison, négligeables. La situation est exactement l'inverse dans le cas des collections de meubles, d'objets en ivoire ou en métal et de peintures à l'huile : les variations de l'HR entraînent des risques sérieux tandis que la plupart des cas de températures inadéquates n'ont pas d'incidences graves. De plus, il existe des mesures peu coûteuses et peu énergivores, qui comprennent l'utilisation de techniques passives propres à chaque situation, mais elles sont malheureusement mises de côté afin de trouver une seule solution technique aux problèmes de « conditions ambiantes ».

Cela étant dit, il convient de souligner l'existence de deux liens pratiques entre les variations de température et celles d'HR. Le premier concerne le problème des variations de température avec le temps et le second, celui des variations dans l'espace, qui peut être plus succinctement décrit comme un problème de températures non uniformes.

Dans une pièce ou une vitrine fermée et vide où la température est de 20 °C et l'HR, de 50 %, en l'absence de tout matériau tampon visant à réguler le taux d'humidité, une variation de 1 °C en entraîne une d'environ 3 % de l'HR, tandis qu'une variation de 5 °C provoque une variation de quelque 15 % de l'HR. Les variations les plus dangereuses sont les baisses de température de plus de 10 °C, qui entraînent une HR de 100 % et, conséquemment, la condensation. Heureusement, dans la plupart des espaces de musées des maisons historiques, ces effets sont grandement atténués par les capacités tampons inhérentes des surfaces des pièces ou des enceintes. (Les limites pertinentes, dans le cas des spécifications établies dans le chapitre de l'American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE, 2003 ), ont été établies en se basant en grande partie sur les liens avec les risques associés à l'HR plutôt que sur les effets mêmes de la température.).

La variabilité de la température d'une zone à l'autre d'un bâtiment constitue généralement un problème plus sérieux que les variations de température avec le temps, particulièrement dans le cas des musées dont les collections se trouvent dans des bâtiments dont les conditions ambiantes sont loin d'être idéales. La section Humidité relative inadéquate contient une explication des diverses façons dont des températures non uniformes peuvent entraîner des conditions d'HR inadéquates. En résumé, le cas le plus grave de conditions d'HR inadéquates, soit un taux d'humidité excessif, est très souvent causé par l'air humide, surtout quand celui-ci entre en contact avec des surfaces froides.

Identifier les valeurs de températures inadéquates et établir les valeurs adéquates

Contrairement à d'autres agents de détérioration (tels que les insectes et animaux nuisibles, les polluants et les incendies), pour lesquels les mesures de réduction visent à éliminer ces agents, ou à atteindre un « niveau zéro », il est impossible d'établir un objectif de « niveau zéro de température ». Il faut en effet déterminer quelles sont les diverses conditions de températures inadéquates avant d'établir la nature des paramètres qu'on veut maîtriser. Pour ce faire, il faut d'abord évaluer le niveau de sensibilité des objets d'une collection (consulter les tableaux 1 et 2), afin de bien interpréter les nombreux thermohygrographes enregistrés et de décider de l'importance que représentent vraiment tous ces traits ondulés. Il existe toutefois une évidence à ce chapitre, soit que les humains constituent un bien piètre repère. La plupart des gens, en position assise, apprécient une température ambiante d'environ 21 °C qui ne varie pas de plus de 2 °C. Cette valeur de consigne est cependant une température inadéquate pour la plupart des enregistrements d'archive et les plastiques contemporains instables. Ces limites de l'intervalle de variation sont beaucoup plus restreintes que celles qu'exige une quelconque collection et elles entraînent donc un gaspillage des ressources disponibles.

Stratégies de régulation de base : Aucun élément mobile, aucune machine et aucune consommation d'énergie!

• Assurer l'isolation efficace des murs, du toit, des fenêtres et des portes du bâtiment, et, idéalement, que les murs présentent une masse thermique élevée.
• De plus, prendre les mesures pertinentes afin d'empêcher l'exposition directe à la lumière du soleil des matériaux, particulièrement ceux de la liste des matériaux sensibles du tableau 2, qui subiraient des dommages après une seule journée d'exposition directe. L'adoption des mesures relatives à la présente stratégie et à celle susmentionnée permet d'éliminer presque tous les risques physiques associés à des températures inadéquates, mais il faut toutefois souligner que la durée de vie des matériaux très sensibles (liste des tableaux 1a et 1b) sera toujours très courte.
• Inspecter les films des collections d'archives et en retirer les négatifs qui se dégradent rapidement (parce qu'ils ont subi un traitement inapproprié). Isoler toutes les pellicules de nitrate de cellulose afin de prévenir l'altération des matériaux adjacents par l'acide libéré et de réduire les risques d'incendies.
• Inspecter les collections mixtes d'objets historiques et celles d'art moderne et en retirer les nitrates, plastiques, caoutchoucs et uréthanes qui se dégradent rapidement et qui pourraient contaminer les objets adjacents.

Stratégies de régulation optimale : Des collections différentes et des situations différentes demandent des mesures de régulation différentes

• Suivre les stratégies de régulation de base décrites ci-haut et y intégrer, au besoin, les stratégies suivantes :
• Dans le cas des collections d'archives et de matériaux contemporains qui se trouvent dans des collections mixtes d'objets historiques, déterminer la stabilité des matériaux en fonction des critères de la liste des tableaux 1a et 1b et prendre les mesures nécessaires pour en assurer, au besoin et selon le mandat de l'institution, l'entreposage dans un milieu frais ou froid. L'entreposage à froid peut aller de l'utilisation d'un seul congélateur horizontal ou vertical (consulter la vignette 2) à celle d'un bâtiment spécialement climatisé à ces fins (Wilhelm, 1993). Les petits musées auraient avantage à se regrouper et à partager des espaces d'entreposage à froid.
• Dans le cas d'une collection mixte d'objets historiques qui a été conservée dans un vieux bâtiment pendant de nombreuses décennies, sans qu'il y ait un changement perceptible de l'état des objets au cours des dix dernières années, il ne faut pas essayer « d'améliorer » les systèmes de régulation des conditions ambiantes (par exemple, en ajoutant de nouveaux composants ou en en modifiant le fonctionnement, entre autres, en augmentant le chauffage en hiver), à moins d'avoir examiné avec soin la nature des conditions actuelles de températures inadéquates et d'avoir prouvé que ces conditions causeront des dommages plus importants que ceux pouvant découler des « modifications ». La première étape doit nécessairement comprendre l'adoption de mesures qui assureront la fiabilité et l'entretien à long terme des systèmes de régulation, et de tout autre élément pertinent, du bâtiment, avant d'envisager la modification des valeurs cibles des paramètres ayant des effets sur les conditions ambiantes.
• Lorsque l'on envisage d'assurer la régulation des conditions ambiantes « à l'échelle d'un bâtiment », il est important de reconnaître les facteurs limitatifs propres à l'enveloppe du bâtiment, plus particulièrement si ce dernier possède une valeur historique intrinsèque. Une publication de l'ASHRAE (2003) contient un tableau et une liste de cinq types de bâtiments et de leur capacité de résister aux variations associées aux systèmes de régulation des conditions ambiantes. Les lecteurs qui veulent en savoir plus sur la manière d'adopter une approche philosophique globale du dilemme peuvent consulter le document intitulé New Orleans Charter for Joint Preservation of Historic Structures and Artifacts, publié conjointement par l'Association for Preservation Technology International et l'American Institute for Conservation of Historic and Artistic Works (APT/AIC). L'étape suivante consiste à choisir un niveau approprié de variation et de point de consigne, en vertu des critères pertinents de régulation des conditions ambiantes de l'ASHRAE, et d'en assurer la mise en œuvre (ASHRAE, 2003). (Consulter le tableau 2 de la section Humidité relative inadéquate.)
• Lorsque l'objectif visé est d'effectuer l'exposition d'objets d'une collection itinérante, il faut tenir compte du fait que certains grands musées prêteurs exigent que la régulation des conditions ambiantes respecte les critères du niveau A de l'ASHRAE ou, dans certains cas, le niveau AA (ASHRAE, 2003). (Consulter le tableau 2 de la section Humidité relative inadéquate et le LIEN conduisant à la page Web sur l'ASHRAE de l'ICC.) Il faut généralement aménager des pièces ou des bâtiments à ces fins. On peut aussi envisager la solution de la « pièce au sein d'une pièce », soit l'approche du cocon (ASHRAE, 2003).