Ces facteurs de détérioration sont considérés ensemble en raison de leur étroite interrelation.
Principes
L’humidité relative (HR) de l’air est une indication de la quantité de vapeur d’eau présente dans l’air à une température donnée par rapport à la quantité de vapeur d’eau que l’air pourrait réellement contenir à cette température. Elle est exprimée en pourcentage et peut être définie comme suit :
| RH = | quantité d’eau dans une quantité d’air donnée | x | 100 | Max. quantité d’eau que l’air peut contenir à cette température | 1 |
Un air à 100 % d’humidité relative retient la quantité maximale d’eau possible à cette température particulière et est dit saturé. L’air saturé à 10 °C contient environ 10 grammes par mètre cube (g/m3) d’humidité ; à 20 °C, environ 17 g/m3 et à 30 °C, plus de 30 g/m3. En termes simples, l’humidité relative est une mesure du pourcentage de saturation de l’air. Par conséquent, l’air à 50 % d’humidité relative, quelle que soit la température, retient la moitié de sa capacité totale possible en eau.
Par essence, l’air froid ne peut pas retenir autant de vapeur d’eau que l’air chaud. Dans un environnement fermé tel qu’une vitrine, il y aura une quantité fixe de vapeur d’eau, appelée l’humidité absolue. Si la température à l’intérieur de la vitrine baisse, l’humidité relative augmente. Si la température augmente, l’humidité relative diminue. De telles variations de l’humidité relative pourraient être causées par de nombreux facteurs, notamment la lumière directe du soleil, les projecteurs et les pannes de climatisation.
Figure 3 : diagramme hygrométrique (adapté de Thomson 1986).
Le graphique hygrométrique ci-dessus (figure 3) illustre le fait qu’une humidité relative de 60 % dans une vitrine bien étanche conservée à 25 °C passera à environ 80 % d’humidité relative si la température descend à 20 °C. Le point de rosée sera atteint si la température tombe à environ 16 °C. Une condensation se produira alors.
Effets de détérioration
Les dommages causés soit par les changements de température et d’humidité relative, soit par l’exposition à des niveaux inappropriés de ces agents peuvent être de nature chimique, physique ou biologique (figure 4). Les principaux impacts de la température, à moins qu’ils ne soient suffisamment extrêmes pour geler ou faire fondre des objets, portent sur l’humidité relative et le taux de détérioration chimique des objets. Une augmentation de 10 °C de la température, par exemple, double approximativement le rythme des réactions chimiques.
Figure 4 : fluage du goudron induit par les températures chaudes des galeries.
Après la lumière, l’humidité relative est le facteur le plus important à considérer dans le contrôle environnemental des collections. Une humidité relative constante supérieure à 70 % peut provoquer le développement de moisissures et augmenter la corrosion, tandis que des niveaux d’humidité relative inférieurs à 40 % peuvent rendre fragiles des matériaux sensibles tels que le papier, le parchemin et les textiles.
Il est important non seulement de contrôler les niveaux d’humidité relative, mais aussi de minimiser les fluctuations. Des changements importants et rapides de l’humidité relative causés par de brusques variations de température peuvent avoir des effets importants sur les matériaux. Une chute soudaine de la température dans une vitrine, par exemple, peut entraîner l’atteinte du point de rosée. La condensation qui s’ensuit va accélérer la corrosion des métaux et favoriser les attaques biologiques sur les matériaux organiques sensibles.
Les matériaux organiques tels que le papier, le bois, les textiles, l’os et l’ivoire se dilatent et se contractent en absorbant et en libérant de l’eau en réponse aux variations du taux d’humidité relative. Des fluctuations rapides peuvent entraîner des fissures et des déformations de ces matériaux et également provoquer la séparation des matériaux collés. La peinture, par exemple, peut se craqueler ou se décoller des surfaces en bois (figure 5) et le papier collé à un carton support peut se déformer.
Figure 5 : Dégâts de peinture dus à l’expansion différentielle du bois sous-jacent et des couches de peinture.
Lignes directrices en matière de température et d’humidité relative
Alors que les températures dans les espaces d’exposition des musées sont souvent conçues pour le confort des visiteurs plutôt que pour la préservation des objets, les conditions dans les zones de stockage sont généralement plus soigneusement définies et contrôlées (voir les recommandations pour des types de matériaux particuliers dans d’autres chapitres).
Pendant de nombreuses années, les conditions idéales de température et d’humidité relative recommandées pour les collections des musées étaient spécifiées comme étant respectivement de 20 °C et 50 %. Ces conditions, qui étaient fondées sur l’expérience plutôt que déterminées scientifiquement, sont difficiles à maintenir à moins d’utiliser des systèmes de climatisation coûteux et peuvent ne pas être possibles ou même souhaitables dans certaines régions. Sous les tropiques, par exemple, où l’humidité relative annuelle moyenne est d’environ 65 %, il peut être préférable d’avoir ce niveau optimal (combiné à une circulation d’air), alors que dans une région aride, il peut être préférable de viser une humidité relative comprise entre 40 et 50 %. Cela permet non seulement de réaliser des économies d’énergie, mais aussi de faire en sorte que les matériaux conditionnés à l’humidité relative ambiante ne soient pas endommagés par les changements. Les plages de température et d’humidité relative suivantes ont été recommandées, sur une base quotidienne pour des zones climatiques particulières (Heritage Collections Council 2002) :
- Climats chauds et humides, 22 – 28 °C, 55 – 70 %
- Climats chauds et secs, 22 – 28 °C, 40 – 60 %
- Climats tempérés, 18 – 24 °C, 45 – 65 %
Le stockage et/ou l’exposition des objets dans des environnements appropriés contribuent de manière significative à leur longévité. La clé est de déterminer précisément quels sont les environnements les plus appropriés pour les objets considérés. La plupart des incertitudes liées à la spécification des conditions d’humidité relative sont associées aux matériaux organiques et mixtes alors que les conditions pour les matériaux inorganiques comme les métaux et les céramiques sont généralement plus clairement définies.
Depuis le début des années 1990, de nombreuses études scientifiques ont été consacrées à la détermination des conditions environnementales les plus appropriées pour le stockage et l’exposition des objets. Les premiers travaux de Michalski (1993) et d’Erhardt et Mecklenburg (1994) ont suggéré que, bien que certains types de matériaux bénéficient d’un stockage dans des conditions strictement contrôlées, la plupart des matériaux mixtes en bon état ne doivent être maintenus que dans des environnements compris dans une fourchette d’humidité relative de 40 à 70 %. Une fluctuation de l’humidité relative de ± 5 % a été suggérée pour les objets sensibles (Michalski 1993).
Une étude continue dans ce domaine a encore affiné les directives en matière d’humidité relative, les variations d’humidité relative dans la fourchette de 30 à 60 % étant alors considérées comme mécaniquement sûres pour les collections générales (Erhardt et al, 2007). Des conditions plus stables doivent cependant être maintenues pour certains objets dégradés (placages et incrustations, etc.) et, dans la mesure du possible, des conditions d’humidité relative plus faibles doivent être maintenues pour la plupart des objets métalliques. En 2014, après de nombreux débats, l’Institut australien pour la conservation des matériaux culturels (AICCM) a recommandé les conditions suivantes comme directives » provisoires » pour les matériaux de collection générale :
- Les températures doivent être maintenues dans une fourchette de 15 à 25 °C, avec une variation maximale de ± 4 °C par période de 24 heures.
- Les taux d’humidité relative doivent être maintenus dans une fourchette de 45 à 55 %, avec une variation maximale de ± 5 % par période de 24 heures.
En outre, l’AICCM a également recommandé que le contrôle de l’humidité relative soit géré avec soin afin de s’assurer que lorsque les conditions varient selon les saisons, l’humidité relative des collections soit maintenue dans une fourchette de 40 – 60 %.
Ces directives plus assouplies ont été déterminées après avoir considéré l’impact possible de ces changements sur la préservation des collections générales, la nécessité de rendre le soin des collections plus durable (en particulier à la lumière du changement climatique) et de réduire l’empreinte carbone et les coûts élevés associés au maintien de conditions de collection plus strictes. Ce dernier point est important car les directives précédentes étaient difficiles à maintenir dans la plupart des situations sans l’utilisation de systèmes de climatisation coûteux et à haute énergie. Des directives similaires à celles de l’AICCM ont également été recommandées par l’American Institute for Conservation (AIC) et approuvées par l’Institut international pour la conservation des œuvres historiques et artistiques (IIC) et le Comité de conservation du Conseil international des musées (ICOM-CC). En fait, ces derniers groupes ont recommandé que les lignes directrices « provisoires » recommandées par l’AICCM et l’AIC ne soient pas considérées comme provisoires mais comme des lignes directrices en soi. En outre, les groupes de l’IIC et de l’ICOM-CC ont également recommandé que le soin des collections soit réalisable pour les climats locaux et que l’on envisage de recourir davantage à des méthodes passives pour le contrôle de l’environnement, à l’utilisation de technologies plus simples, à la circulation de l’air et à des systèmes à faible consommation d’énergie.
La gestion de la conservation des paramètres environnementaux a également quelque peu changé, tendant à s’éloigner de la spécification de directives strictes (à l’exception de celles pour des types de matériaux particuliers tels que les films d’acétate, le verre suintant, etc.) pour adopter une approche d’analyse des risques. L’analyse des risques nécessite un examen de la relation entre l’environnement et les objets dans cet environnement particulier. Si les objets sont stables dans leur environnement habituel, il n’y a guère d’intérêt à modifier ces conditions. Ainsi, au lieu de suivre aveuglément les directives strictes en matière de température et d’humidité relative spécifiées par de nombreuses grandes institutions culturelles, des preuves anecdotiques suggèrent qu’il est préférable d’essayer de maintenir les conditions locales auxquelles les objets se sont acclimatés. Ceci, bien sûr, à condition qu’une enquête appropriée ait révélé que ces conditions n’ont pas causé de dommages aux objets sensibles.
En même temps que la détermination du point de consigne d’humidité relative le plus approprié, il est plus important de tenter de réduire les fluctuations diurnes et saisonnières. Il est bien connu que plus les fluctuations sont faibles, plus le risque de dommages physiques aux objets sensibles est faible. Selon le point de consigne d’humidité relative choisi, disons 55 %, une variation de l’humidité relative quotidienne de 5 % par rapport à cette valeur serait considérée comme sûre pour les collections hygroscopiques, une variation de 10 % présenterait un faible risque pour la plupart des matériaux organiques, tandis que des variations supérieures à 20 % constitueraient un risque nettement accru pour ces types de collections.
Pour la plupart des matériaux, tant que les conditions reviennent à une valeur proche de celle d’origine, les fluctuations extrêmes à court terme peuvent ne pas poser de problème car les objets n’ont pas le temps de réagir. Cependant, les objets très fins sont beaucoup plus susceptibles d’être endommagés par des fluctuations à court terme que les objets plus grands et plus massifs. Ces derniers objets peuvent absorber ou perdre plus d’humidité sans que les impacts physiques ne deviennent évidents que les objets plus petits sensibles à l’humidité.
Notez que pour les objets contenant plus d’un type de matériau, le taux d’humidité relative de l’environnement de stockage doit refléter les conditions recommandées pour le composant le plus sensible.
Mesure
L’humidité relative peut être mesurée en utilisant l’un des dispositifs suivants (figure 6) :
- Psychromètre à fronde;
- thermohygrographe;
- hygromètres à cheveux;
- dispositifs électroniques étalonnés qui fournissent une lecture numérique de la température et de l’HR ; et
- des enregistreurs de données reliés à des capteurs d’humidité relative
Figure 6 : Enregistreurs de données de température et d’humidité relative (avant gauche), psychromètre à fronde (avant droit) et thermohygrographe (arrière milieu).
L’un des instruments les plus simples pour mesurer l’humidité relative est le psychromètre à fronde. Cet appareil est également connu simplement sous le nom de » fronde » ou d’hygromètre à tourbillon. Il se compose de deux thermomètres appariés montés côte à côte, dont l’un est recouvert d’un manchon en tissu. L’extrémité de ce manchon est insérée dans un réservoir qui est rempli d’eau distillée. Le thermomètre recouvert de tissu est appelé bulbe humide, l’autre bulbe sec. Lorsque les thermomètres sont balancés, l’eau contenue dans le manchon du bulbe humide s’évapore, ce qui le rend plus froid que le bulbe sec. La quantité d’évaporation et le refroidissement qui s’ensuit dépendent de la quantité d’humidité présente dans l’air – plus l’air est sec, plus le niveau de refroidissement est élevé et vice versa. La différence entre les températures des thermomètres indique donc le degré de sécheresse ou d’humidité de l’air – plus la différence est grande, plus l’humidité relative ambiante est faible, plus la différence est faible, plus l’humidité relative est élevée. Un graphique hygrométrique standard, qui affiche une série de différences de température du bulbe humide et du bulbe sec et les températures correspondantes du bulbe sec, est ensuite utilisé pour donner une mesure précise de l’humidité relative.
La fronde est utilisée pour étalonner de nombreux autres types d’hygromètres. Couplée à un thermohygrographe (sept jours ou un mois), un enregistrement précis, au jour le jour ou heure par heure, de la température et de l’humidité peut être obtenu toute l’année. Un avantage du thermohygrographe est que l’historique récent de la température et de l’humidité relative de l’espace surveillé est immédiatement visible sur son graphique.
Il existe également des instruments électroniques qui enregistrent les changements de température et d’humidité relative. Ces appareils, dont le prix varie considérablement, peuvent être obtenus auprès de magasins d’électronique ou de fournisseurs de produits de conservation. Ces instruments présentent certains avantages. Par exemple, ils peuvent être placés de manière relativement discrète dans des vitrines ou dans de petites zones de stockage dans lesquelles un thermohygrographe ne serait pas approprié ou ne rentrerait pas.
D’autres capteurs d’humidité relative reliés à des enregistreurs de données peuvent être programmés pour enregistrer les conditions de température et d’humidité relative à intervalles réguliers sur des périodes de plusieurs mois. Ces capteurs sont très petits et, en fonctionnant en continu au cours des différentes saisons, permettent d’établir des profils utiles à long terme des conditions de stockage et d’affichage.
La surveillance de l’humidité relative est importante pour déterminer à la fois les niveaux réels et les taux de fluctuation. Cette information peut être utilisée pour voir dans quelle mesure un bâtiment tamponne les conditions ambiantes externes et aussi pour voir dans quelle mesure une vitrine d’exposition tamponne davantage l’environnement de la galerie (figure 7). Si la température est stable, alors l’humidité relative à l’intérieur d’une vitrine bien étanche restera constante.
Contrôle de l’humidité relative et de la température
Les stratégies de contrôle de l’humidité relative et de la température comprennent l’utilisation de :
- les effets tampons des bâtiments et des supports de stockage;
- les dessiccants absorbant l’humidité (gel de silice et zéolites);
- les matériaux naturels absorbant l’humidité tels que le bois, le papier et les textiles;
- les déshumidificateurs à réfrigérant;
- les systèmes de climatisation ; et
- l’entretien complet et bien planifié des bâtiments.
Nous recommandons fortement l’utilisation de méthodes passives pour le contrôle de la température et de l’humidité relative, car elles sont souvent plus durables et rentables. Une conception appropriée des bâtiments et des supports de stockage, l’utilisation de matériaux isolants et de bonnes pratiques de gestion sont des éléments essentiels du contrôle passif de l’environnement. Ces méthodes sont de loin préférables aux systèmes de climatisation plus coûteux et souvent moins fiables.
Les fluctuations de la température et de l’humidité relative sont causées par les fluctuations quotidiennes et saisonnières du climat local. Même sans climatisation, l’effet isolant d’un bâtiment fait que les variations de température et d’humidité relative à l’intérieur d’un bâtiment sont généralement plus faibles qu’à l’extérieur. Les conditions dans les pièces les plus intérieures seront les plus stables, les pièces extérieures et les greniers les plus variables et les sous-sols les plus vulnérables au développement de niveaux élevés d’humidité relative. L’isolation thermique d’un bâtiment permet de maintenir des conditions plus stables. La mise en place d’ombres (côté nord d’un bâtiment dans l’hémisphère sud) et l’utilisation de surfaces de bâtiment réfléchissantes aideront également à réduire les impacts des conditions extérieures sur les environnements intérieurs.
Les armoires, les boîtes et les vitrines sont des barrières d’isolation secondaires qui fournissent un tampon supplémentaire, aidant à stabiliser les conditions encore plus (Figure 7). Il est intéressant de noter que les livres d’une bibliothèque fournissent une quantité importante du tampon de l’environnement interne de la bibliothèque.
Figure 7 : Relevés de température et d’humidité relative montrant les différences entre les conditions extérieures, celles d’une galerie d’exposition et celles d’une vitrine. Les relevés les plus élevés mettent en évidence le fort tamponnement de l’humidité relative à l’intérieur d’une vitrine d’exposition.
Selon les conditions climatiques internes et externes, une ventilation soigneuse d’un bâtiment peut également être utilisée pour ajuster l’humidité relative interne. Une mesure précise des niveaux d’humidité relative respectifs (intérieur et extérieur) est essentielle pour que cette stratégie soit couronnée de succès.
Le climat à l’intérieur d’une vitrine ou d’un meuble individuel peut être contrôlé si du matériel particulièrement sensible à des niveaux d’humidité relative élevés doit être stocké ou exposé. Si l’humidité relative est trop élevée (supérieure à 65 %), il peut être nécessaire d’utiliser un déshydratant à l’intérieur de la vitrine pour absorber l’excès de vapeur d’eau. Le gel de silice orange auto-indicateur peut être utilisé à cet effet. N’utilisez pas le gel de silice bleu auto-indicateur car le chlorure de cobalt est considéré comme cancérigène. Il est important que tout gel de silice utilisé dans les vitrines soit conditionné au niveau d’humidité relative souhaité avant d’être placé dans l’espace de stockage ou d’exposition. Il est préférable de laisser ce processus entre les mains des conservateurs, car il existe un risque d’absorption d’une trop grande quantité d’humidité, ce qui entraîne la dessiccation des objets vulnérables.
Des matériaux de conservation commerciaux tels que Art Sorb sont également disponibles. Ils sont très utiles pour aider à contrôler les niveaux d’humidité relative dans les vitrines et les récipients de taille similaire. Art Sorb est un matériau à base de silice, préconditionné à des niveaux d’humidité relative de 40, 50 ou 60 %. Art Sorb est disponible sous forme de granulés, de feuilles ou de cassettes, en fonction de la nature de l’espace dans lequel il doit être utilisé. Les feuilles ne sont généralement disponibles que tamponnées à 50 %.
Les granulés de zéolite peuvent être utiles dans les zones climatiques où l’humidité relative endémique est naturellement élevée (Australian Library and Information Association 1989). Un chercheur japonais a mis au point une pastille de zéolithe naturelle traitée capable d’absorber et de libérer de grandes quantités de vapeur d’eau. Les granulés ont été combinés avec du papier japonais, le matériau résultant étant produit sous forme de feuille ou de panneau alvéolaire recouvert de papier et rempli de granulés. L’incorporation de ces matériaux dans les armoires de stockage et d’exposition minimisera les fluctuations de l’humidité relative.
Les zéolithes ont l’avantage supplémentaire de pouvoir absorber les odeurs et, à ce titre, ont été fabriquées et vendues dans le commerce sous forme de sachets ou de sacs pour une utilisation dans la maison. Elles ont été utilisées pour réduire l’humidité relative et absorber les odeurs dans les réfrigérateurs. Si vous envisagez d’utiliser ces produits, vérifiez toujours leur effet dans l’espace dans lequel ils seront utilisés. C’est important pour que le risque de dessiccation, ou même de déshumidification inadéquate, soit minimisé.
Une autre façon de contrôler les niveaux d’humidité relative est d’incorporer d’autres matériaux qui absorbent l’humidité, comme le bois traité, le papier et les textiles dans l’armoire ou la vitrine avec les artefacts sensibles à l’humidité. Ces matériaux absorbant l’eau réduisent les fluctuations de l’humidité relative en absorbant ou en libérant de l’humidité lorsque les conditions changent. De cette façon, l’objet est soumis à de plus faibles variations d’humidité relative. Les matériaux utilisés de cette manière doivent être compatibles avec l’objet sensible à l’humidité. Il ne serait pas approprié, par exemple, de stocker un objet en plomb dans une boîte en chêne ou d’utiliser du papier de soie sans acide à tampon alcalin avec des objets en cuir.
Au Japon, ce type d’approche est utilisé pour faire face à l’humidité naturellement élevée que connaît ce pays. Les objets sont stockés dans des coffres en bois dans des bâtiments en bois pour profiter des propriétés naturelles d’absorption et de libération de l’humidité du bois. De cette façon, le contenu des coffres est protégé à la fois contre l’humidité relative naturellement élevée et contre tout changement des conditions extérieures. L’humidité relative à l’intérieur d’un Karabitsu (coffre en cèdre japonais laqué), par exemple, variait de 60 à 65 % par rapport aux conditions ambiantes de 42 à 80 % (Kikkawa et Sano 2008). Cette approche ne conviendrait toutefois pas à tous les types de matériaux, notamment ceux qui sont sensibles aux vapeurs acides dégagées par le bois. Avec le bon choix de bois (pin à fente par exemple) et l’emballage des artefacts dans du tissu sans acide, cette approche peut permettre de surmonter certains des problèmes associés à des conditions d’humidité relative endémiques élevées sans avoir à recourir à une intervention active et plus coûteuse.
Alternativement, si les méthodes passives telles que celles décrites ci-dessus ne sont pas suffisantes, ce problème peut être abordé en abaissant l’humidité relative de la zone de stockage ou d’exposition elle-même. Pour ce faire, on peut utiliser un déshumidificateur réfrigérant à commande thermostatique pour éliminer l’excès d’humidité. La formation de moisissures étant favorisée par des conditions d’humidité relative élevée, des températures chaudes et un air stagnant, il peut être nécessaire d’utiliser une combinaison de déshumidification, de circulation d’air et de contrôle de la température. L’utilisation de ventilateurs à l’intérieur d’une pièce aidera à prévenir l’établissement de points » morts » dans lesquels des micro-environnements localisés à humidité relative élevée pourraient autrement s’établir.
Les refroidisseurs d’air réfrigéré peuvent éliminer l’humidité d’un bâtiment ou d’une pièce en la condensant à l’extérieur. L’eau recueillie par ce procédé est suffisamment pure pour être utilisée dans le psychromètre à fronde.
Les systèmes de climatisation ne doivent pas être considérés comme la première étape de la stabilisation des conditions environnementales. S’ils sont très bons pour maintenir des températures appropriées, leur impact sur le contrôle de l’humidité relative est très variable, des fluctuations plus importantes étant souvent enregistrées après l’installation de systèmes de climatisation. C’est particulièrement le cas lorsque la climatisation fonctionne par intermittence. Si l’objectif de la climatisation est de maintenir les objets dans les meilleures conditions possibles, le système doit fonctionner 24 heures sur 24. Si la climatisation est arrêtée pendant la nuit, l’environnement à l’intérieur du bâtiment tendra vers les valeurs extérieures. En hiver, une baisse de la température dans un bâtiment bien étanche entraînera une augmentation de l’humidité relative. Lorsque l’installation de climatisation est mise en marche le matin, il y aura une augmentation rapide de la température accompagnée d’une diminution rapide de l’humidité relative. Ces changements rapides de l’humidité relative doivent être évités. Il est évidemment préférable d’utiliser des contrôles passifs pour minimiser les fluctuations des conditions environnementales.
Il existe des systèmes de climatisation qui intègrent un contrôle de l’humidité, mais ils ont tendance à être très coûteux à installer, à faire fonctionner et à entretenir.
Il est important de prévenir le développement de conditions extrêmes de température et d’humidité relative. Habituellement, ces extrêmes sont localisés et n’affectent souvent que quelques objets. Par exemple, un chauffage localisé et une faible humidité relative conséquente peuvent être causés par la lumière directe du soleil tombant sur un objet, par des spots positionnés trop près ou par des radiateurs ou des chauffages adjacents à un objet. Il est également important de placer les objets sensibles loin du flux d’air entrant des systèmes de climatisation. Cela permet à l’air entrant de se mélanger et de s’équilibrer avec la majeure partie de l’air de la pièce avant d’atteindre un objet sensible, minimisant ainsi l’impact des fluctuations de l’humidité relative.
Une cause fréquente d’humidité élevée est la fuite d’eau de pluie à travers le toit ou les murs. Il est sage de ne pas placer d’objets ou d’étagères contre les murs extérieurs car l’humidité et les extrêmes localisés de température et d’humidité relative sont probables. Le bon sens et un entretien adéquat des bâtiments minimiseront ces problèmes.