Les caméras Flir X-Series permettent l’analyse non destructive des manuscrits antiques d’Herculanum
Les chercheurs utilisent la thermographie pulsée et l’imagerie thermique haute vitesse pour révéler des inscriptions cachées et évaluer l’état de fragiles papyrus carbonisés sans aucun contact physique.
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La technologie d’imagerie thermique Flir aide des chercheurs italiens à révéler des textes cachés dans les papyrus d’Herculanum, une collection unique de manuscrits antiques carbonisés lors de l’éruption du Vésuve en l’an 79 après J.-C. Grâce à la thermographie pulsée exploitant le port d’entrée analogique lock-in rapide de 2,775 MHz intégré aux caméras thermiques Flir avancées, les scientifiques parviennent à révéler des écrits jusqu’alors invisibles à l’œil nu tout en obtenant de nouvelles informations sur la structure interne fragile de ces documents. Toutes les images proviennent de S. Ceccarelli et al., SciRep 15, 34466 (2025).
Ce projet majeur est mené par des chercheurs de l’Institute of Heritage Science, qui fait partie du Conseil national de la recherche italien (CNR). Leur objectif est d’explorer des méthodes non destructives pour étudier et préserver ce qui demeure la seule bibliothèque survivante du monde gréco-romain antique.
Découverts lors de fouilles réalisées au XVIIIe siècle dans la Villa des Papyrus à Herculanum, ces rouleaux ont survécu à l’éruption volcanique grâce à leur carbonisation sous l’effet de la chaleur intense et de leur enfouissement sous des matériaux volcaniques. Si ce processus exceptionnel a permis leur conservation, il a également créé d’importants défis pour les historiens et les restaurateurs chargés de les lire et de les protéger.
Nombre de ces papyrus ont été déroulés mécaniquement il y a plusieurs siècles puis montés sur des supports. Les fragments obtenus sont toutefois extrêmement fragiles, souvent composés de multiples couches et, dans de nombreux cas, quasiment illisibles.
Les limites de l’imagerie conventionnelle
L’un des principaux défis auxquels sont confrontés les chercheurs est que le support en papyrus carbonisé et l’encre sont tous deux noirs, rendant leur différenciation extrêmement difficile avec les méthodes d’imagerie conventionnelles, car le contraste dans le spectre visible est perdu. D’autres techniques plus sophistiquées, telles que l’imagerie par rayons X, peuvent être efficaces, notamment lorsqu’elles sont associées à l’intelligence artificielle, mais elles sont plus complexes et plus coûteuses. Elles nécessitent en outre le transport des papyrus vers des laboratoires spécialisés disposant de ces équipements.
Pour relever ces défis, les spécialistes de la conservation se sont tournés vers la thermographie pulsée, une technique qui associe une excitation lumineuse contrôlée à une imagerie thermique haute vitesse. Le procédé consiste à éclairer le papyrus par une brève impulsion lumineuse puis à enregistrer sa réponse thermique au fil du temps.
Les inscriptions de surface deviennent visibles presque immédiatement dans les premières images infrarouges après l’excitation, car l’encre absorbe la lumière différemment du matériau papyrus environnant. À mesure que la chaleur se propage dans l’échantillon au cours des secondes suivantes, des détails structurels plus profonds et des caractéristiques sous-jacentes commencent à apparaître. Cette évolution thermique au fil du temps permet aux chercheurs de distinguer l’écriture du matériau support.
Imagerie thermique avancée
Au cœur du projet se trouvent les caméras thermiques Flir X-Series. Associant une imagerie infrarouge haute vitesse et haute sensibilité à des capacités avancées d’analyse thermique, ces caméras sont parfaitement adaptées aux environnements scientifiques et de recherche où la précision et l’intégrité des données sont essentielles.
Fonctionnant dans le spectre infrarouge à ondes moyennes, les caméras Flir X-Series ont permis aux chercheurs de capturer des événements thermiques rapides avec une sensibilité exceptionnelle, rendant visibles les faibles écarts de température entre les zones encrées et non encrées lors des analyses par thermographie pulsée. La gamme X-Series intègre un port d’entrée analogique lock-in rapide conçu pour recevoir des signaux de référence externes, permettant des analyses thermiques à haute vitesse avec une fréquence d’échantillonnage de 2,775 MHz. Cette capacité permet aux chercheurs de détecter des signaux faibles ou des différences de température infimes dans les matériaux.
Les chercheurs ont utilisé deux lampes flash pour générer une excitation contrôlée tout en limitant l’élévation de température des papyrus à 2 à 3 °C, un niveau largement inférieur à tout seuil susceptible d’endommager ces matériaux anciens. Des systèmes de filtrage spécifiques ont également empêché toute exposition aux ultraviolets et réduit les réflexions infrarouges indésirables.
Selon l’équipe du projet, la haute sensibilité, la résolution spatiale et les capacités avancées d’enregistrement des caméras Flir X-Series se sont révélées particulièrement importantes pour identifier de faibles contrastes thermiques et préserver la qualité des images tout au long du processus d’acquisition.
La capacité à diffuser et enregistrer en continu les données thermiques sans perte d’images a également facilité les traitements et analyses détaillés réalisés avec le logiciel Flir Research Studio.
Point essentiel, cette méthode reste totalement sans contact et non destructive, une exigence critique lorsqu’il s’agit de travailler sur des objets du patrimoine culturel fragiles qui ne peuvent être ni manipulés physiquement ni retirés de leurs supports historiques.
Au-delà de la récupération des textes
Si l’objectif principal du projet consiste à révéler des textes cachés, la thermographie pulsée fournit également de précieuses informations structurelles aux spécialistes de la conservation.
À mesure que la chaleur se diffuse dans le papyrus sur des périodes plus longues, les données thermiques révèlent des caractéristiques telles que les motifs des fibres, les couches superposées et les points d’adhérence entre le papyrus et son support. Ces informations aident les restaurateurs à mieux comprendre l’état physique des manuscrits et à identifier les zones où une détérioration ou un décollement peut être en cours.
La possibilité d’étudier simultanément l’écriture et la morphologie du support à partir du même jeu de données thermiques offre des avantages considérables pour la planification des restaurations et les stratégies de préservation à long terme. Cette technique est particulièrement utile car certaines zones des manuscrits comportent plusieurs couches comprimées créées lors du déroulement historique des rouleaux. Dans ces régions, certaines parties sous-jacentes sont restées attachées au lieu de se séparer proprement, créant une structure complexe difficile à analyser avec les méthodes d’imagerie traditionnelles.
Les chercheurs ont également souligné que certaines technologies concurrentes nécessitent des équipements plus encombrants, imposent davantage de contraintes de positionnement ou offrent une qualité d’image inférieure lors de l’examen de matériaux multicouches.
Perspectives futures
L’un des défis restant à relever consiste à identifier les textes situés au verso des papyrus ou enfouis dans des sections fortement stratifiées où seule une quantité limitée de lumière d’excitation peut pénétrer. Bien qu’il soit possible de détecter des informations thermiques résiduelles provenant de couches plus profondes, les signaux obtenus deviennent de plus en plus faibles et flous à mesure que la chaleur se diffuse dans le matériau.
Pour surmonter ces limitations, l’équipe du CNR explore désormais l’utilisation de techniques de traitement fondées sur l’intelligence artificielle. L’analyse assistée par IA pourrait améliorer davantage la différenciation entre l’encre et le support en papyrus, améliorer potentiellement la lisibilité et faciliter l’interprétation future des textes.
Quelle que soit l’évolution future de cette recherche, l’équipe est convaincue que la thermographie pulsée deviendra un outil complémentaire de plus en plus précieux aux côtés d’autres techniques avancées des sciences du patrimoine. Ce projet remarquable démontre le rôle croissant de la technologie d’imagerie thermique Flir dans la recherche scientifique et la préservation du patrimoine. En combinant l’acquisition thermique haute vitesse à des méthodes d’analyse avancées, les chercheurs peuvent désormais étudier certains des artefacts historiques les plus fragiles au monde d’une manière auparavant impossible.
