Meten waar barstjes in schilderij dreigen

De scheurtjes die menig schilderij ontsieren, komen vaak door interne spanningen tussen lagen verf. Onderzoekers van de Vrije Universiteit in Amsterdam hebben met collega’s van het Rijksmuseum een meettechniek ontwikkeld om de elasticiteit van verflagen te meten.  

Barstjes, scheurtjes, craquelé, de meeste schilderijen hebben er last van. Maar wordt het te erg, dan kunnen er stukjes verf afbrokkelen. En wordt het echt ernstig, dan kan een kunstwerk onherstelbaar beschadigd raken.

Het ontstaan van kleine scheurtjes komt door interne spanningen in de verflagen. ‘En die ontstaan weer doordat de verschillende lagen in een schilderij — doek, grondlaag, verf, vernis — andere mechanische eigenschappen hebben’, mailt Mathilde Tiennot, postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Conservation & Science van het Rijksmuseum.

Twee lagen bovenop elkaar kunnen, na drogen, een andere elasticiteit hebben. Onder invloed van onder meer temperatuur zetten de lagen in verschillende mate uit. Dat geeft interne spanningen, die uiteindelijk kunnen uitmonden in scheurtjes.

‘Achter het ontstaan en de verspreiding van scheurtjes zit een complex samenspel waarin onder meer de chemische samenstelling van de lagen, het droogproces en natuurlijke veranderingen in de omgeving van een schilderij een rol spelen.’

Om te bepalen waar in een schilderij precies die interne spanningen zitten, hebben onderzoekers van de Vrije Universiteit (onderzoeksgroep van Davide Ianuzzi) en het Rijksmuseum nu een speciale meettechniek ontwikkeld. Ze schrijven erover in een artikel in vakblad Scientific Reports, dat gisteren verscheen. 
 

Balkje

De meettechniek is gebaseerd op een relatief eenvoudige constructie: een dun balkje (cantilever) van een millimeter lang, met aan het uiteinde een minuscuul bolletje van glas. Bij een meting wordt dat bolletje automatisch op de verflaag geduwd. Daarbij meet het apparaat tegelijk de doorbuiging van het balkje én de kracht die wordt uitgeoefend. De verhouding tussen die twee geeft de stijfheid van de verflaag ter plaatse.

Helemaal nieuw is dit idee niet. De meettechniek, ‘nano-indentatie’ genaamd, bestond al voor biomedisch onderzoek. Daar wordt hij gebruikt om de mechanische eigenschappen te bepalen van zachte weefsels, zoals netvlies, hersenweefsel of huid.
 

Geen putjes in de verf

Het daarvoor gebruikte meetapparaatje was echter niet geschikt voor stijvere materialen, zoals verflagen. ‘Een van onze uitdagingen was het ontwerpen van een aangepast balkje — de cantilever — en een andere straal van het glazen bolletje, zodat we er stijver materiaal mee kunnen bestuderen’, zegt Tiennot. Deze nieuwe ‘nanoindenter’ laat dankzij zijn halfronde vorm geen zichtbare putjes achter in de verf van een schilderij.

Om te beginnen liet het onderzoeksteam het nieuwe meetinstrumentje los op een testsample, om te kijken of het systeem goed functioneert en bij herhaalde metingen netjes dezelfde resultaten oplevert. Toen dat het geval bleek, was een monster uit een echt schilderij aan de beurt, het Portret van Silvester van Tongeren van Jan Weenix (zie openingsfoto).
 

Weinig behandeld

Dit schilderij, vervaardigd aan het eind van de 17^de eeuw, heeft een sterk craquelépatroon. Het werk was in de schilderijenrestauratiestudio van het Rijksmuseum voor onderzoek door restauratoren. ‘Het schilderij heeft weinig behandelingen ondergaan in het verleden, dus is een goed voorbeeld om de nano-indentatie-techniek op uit te proberen’, zegt Erma Hermens. Zij werkt bij het Rijksmuseum en is daarnaast hoogleraar atelierpraktijken en technische kunstgeschiedenis aan de Universiteit van Amsterdam.

Onze nieuwe meetmethode is de eerste die het oppervlak van de monsters van schilderijen intact laat.

Het schilderij had nog een voordeeltje. ‘We hoefden niet speciaal voor onze proeven een monster uit het schilderij te halen, want er bestonden van dit werk al kleine monsters’, vertelt Hermens. ‘Het monster is maar zo groot als een zandkorrel, maar dat is genoeg om metingen aan te verrichten. Dat is een van de voordelen van deze technologie: je hebt maar weinig materiaal nodig.’
 

Schilderijen intact

‘Onze nieuwe meetmethode is, voor zover wij weten, de eerste die het oppervlak van deze monsters van schilderijen intact laat. Voorheen gebruikten we al wel nano-indentatie, maar dan met een scherpe punt. Daarnaast kunnen we met onze methode voor het eerst de elasticiteit van verschillende op elkaar liggende verflagen meten’, zegt Tiennot. Om dat te doen, moet uiteraard wel een monster uit het schilderij worden gehaald, voor zover dat niet al aanwezig is.

Waartoe dient dit alles? Het meten van interne spanningen in verflagen moeten we zien als een eerste stap, benadrukt Hermens. ‘Pas als je weet waar precies de problemen zitten, kun je gaan nadenken over een mogelijke oplossing.’
 

Draagbaar meetapparaat

De nieuwe meettechniek is nog volop in ontwikkeling, zegt Hermens. Nu staat het meetapparaat nog bij de Vrije Universiteit, maar daar wordt gewerkt aan een draagbaar meetapparaat voor nano-indentatie op verschillende materialen. ‘In de toekomst zou je dat, met de juiste probe, kunnen meenemen naar een museum. Dan hoeft het schilderij nergens heen.’

De onderzoekers verwachten dat nanoindentatie ook bij heel andere kunstobjecten kan worden gebruikt. Tiennot: ‘De stijfheid van het materiaal is hier de beperkende factor, dus keiharde materialen als marmer zijn niet mogelijk. De belangrijkste toepassingen die we verwachten zijn, naast schilderijen, gebakken en ongebakken aardmaterialen en keramiek, en andere objecten met craquelé.’

Openingsfoto Portret van Silvester van Tongeren van Jan Weenix.