Analyse non destructive par muons négatifs à J-PARC (Japon) : mise en évidence d'une structure superficielle enrichie en or sur les écailles du Shachi doré du château de Nagoya

Une équipe de recherche conjointe composée de l'Organisation de recherche sur les accélérateurs à haute énergie (KEK), du centre J-PARC, du centre de recherche du château de Nagoya et du Musée national des sciences et de la nature, entre autres, a réalisé une analyse de profondeur non destructive sur les 7 écailles subsistantes du Shachi doré du donjon du château de Nagoya à l'aide du faisceau de muons négatifs de l'installation expérimentale des matériaux et des sciences de la vie (MLF) de J-PARC, confirmant que 5 de ces écailles présentent une structure en couches à forte teneur en or dans une plage d'environ 10 micromètres depuis la surface.

Le Shachi doré du donjon du château de Nagoya a été en grande partie détruit lors des raids aériens de 1945, et certaines écailles ont été sauvées et conservées jusqu'à aujourd'hui. Auparavant, les chercheurs avaient utilisé l'analyse par fluorescence X pour examiner ces écailles, mais les résultats montraient que certaines écailles d'apparence dorée brillante ne présentaient pas nécessairement une teneur moyenne en or très élevée. L'équipe de recherche estime que la brillance dorée perçue par l'œil humain est principalement influencée par la composition de la surface, tandis que l'analyse traditionnelle par fluorescence X reflète une information moyenne sur une certaine plage de profondeur, d'où la nécessité de mieux comprendre la distribution des éléments or et argent de la surface vers l'intérieur.

Cette étude a utilisé la méthode d'analyse par muons négatifs. Les muons négatifs peuvent modifier leur profondeur d'arrêt dans les matériaux en ajustant l'impulsion du faisceau, et émettent des rayons X caractéristiques liés aux éléments après avoir été capturés par les atomes. Les chercheurs ont ainsi mesuré la distribution de l'or et de l'argent de la surface vers l'intérieur des écailles, sans découpe ni prélèvement d'échantillon.

Les résultats montrent que, à l'exception des points de mesure n° 5 et n° 11, les 5 autres points de mesure présentent une tendance à l'augmentation de la concentration d'or dans la région proche de la surface, avec une concentration d'or en surface d'environ 65 % à 90 % (pourcentage en poids), les valeurs variant selon la provenance et l'état des échantillons. Sur l'un des points de mesure, après avoir moyenné les résultats des muons négatifs sur une profondeur d'environ 13 micromètres, la concentration d'or obtenue est de 77±0,12 % en poids, ce qui concorde avec la valeur de 76±0,8 % en poids mesurée par fluorescence X, indiquant que les deux méthodes reflètent des profondeurs d'information différentes mais que les résultats sont cohérents.

L'étude a également révélé que la concentration d'or dans une zone suspectée d'avoir été restaurée ultérieurement reste globalement stable autour de 82 % à 84 % en poids, variant très peu avec la profondeur, tandis que les zones non restaurées présentent une caractéristique de concentration d'or d'autant plus élevée que l'on se rapproche de la surface. Cela indique que l'analyse de profondeur par muons négatifs permet non seulement d'identifier les différences de surface, mais aussi de saisir les différences de structure interne et les traces de restauration des matériaux.

L'équipe de recherche estime que ces résultats suggèrent que les écailles du Shachi doré ont pu historiquement subir un certain traitement de surface visant à augmenter la teneur en or de la couche superficielle et à renforcer l'éclat doré. Cette méthode démontre également le potentiel d'application de la technologie des muons négatifs dans la recherche sur le patrimoine culturel, permettant d'analyser les techniques de fabrication et l'historique de restauration des objets en or et en argent, des pièces de monnaie, des bijoux, des objets dorés et des artefacts historiques polychromes, sans endommager les précieux vestiges.