A09166

Tecnologie innovativeper il trattamento di beni culturali

Applicazione delle onde elettromagnetiche per diagnosi e conservazione

a cura diBruno Bisceglia

Contributi diAlbunia Alexandra Romina, Alfano Davide, Avagliano Giovanni

Avallone Elvira, Bacchiani Roberto, Bellone Anna MariaBuonerba Antonio, Caliendo Emilia, Castiglione Stefano

Catapano Ilaria, Cicatelli Angela, De Leo RobertoDolce Carmen, Felici Anna Candida, Fondacaro Aurora

Galizia Desirèe, Geraldi Edoardo, Gradoni GabrieleGrassi Alfonso, Guarino Francesco, Guerriero Luigi

Incarnato Loredana, Lamiranda Laura, Loperte AntonioMasini Nicola, Matrella Simona, Moglie Franco, Monti Tamara

Pajewski Lara, Paolanti Marina, Piacentini Mario, Ponti CristinaPronti Lucilla, Schettini Giuseppe, Soldovieri Francesco

Vendittelli Margherita, Vigliotta Giovanni

Copyright © MMXVIARACNE editrice int.le S.r.l.

www.aracneeditrice.itinfo@aracneeditrice.it

via Quarto Negroni, 1500040 Ariccia (RM)

(06) 93781065

isbn 978–88–548–9369–6

I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica,di riproduzione e di adattamento anche parziale,

con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi.

Non sono assolutamente consentite le fotocopiesenza il permesso scritto dell’Editore.

I edizione: maggio 2016

Indice

7 Prefazione di Gabriel Zuchtriegel

9 Introduzionedi Mario Frullone

Parte I Diagnostica

19 Capitolo 1 Tecnologie radar per il monitoraggio non invasivo del patrimonio

artistico di Ilaria Catapano e Francesco Soldovieri

45 Capitolo II Il Georadar nella ricerca archeologica e nel campo della

diagnostica applicata ai beni culturali di Lara Pajewski, Cristina Ponti e Giuseppe Schettini

65 Capitolo III Analisi di due dipinti con metodologie non distruttive: “Madonna

con Bambino e San Giovannino” di Scuola Veneta e “Madonnacon Bambino” di Matteo di Giovanni, conservati nel Museodell’Accademia di San Luca a Roma

di Lucilla Pronti, anna Candida Felici, Mario Piacentini,Margherita Vendittelli

91 Capitolo IV Integrazione di tecniche non invasive per la conoscenza

strutturata degli edifici storici. Il caso studio del convento di SanFrancesco a Folloni (AV)

di edoardo Geraldi, antonio Loperte, Carmen Dolce, LauraLamiranda, Nicola Masini, Francesco Soldovieri

Parte II Conservazione e Recupero

127 Capitolo I Sicurezza degli impianti a microonde per il trattamento di opere

d’arte di roberto De Leo

149 Capitolo II Simulazione del riscaldamento a microonde di Marina Paolanti, roberto Bacchiani, Bruno Bisceglia

185 Capitolo III Disinfestazione di opere lignee e strutture murarie. La statua di

S. Leone Magno. La cinta muraria di Paestum di Giovanni avagliano e Bruno Bisceglia

217 Capitolo IV Disinfestazione di Beni Culturali. Applicatori di tamara Monti, Franco Moglie, Gabriele Gradoni

Parte III Sperimentazione

241 Capitolo I Le tecniche spettroscopiche nelle indagini sui materiali dei beni

culturali di alexandra r. albunia e Davide alfano

65

Capitolo III

analisi di due dipinti con metodologie non distruttive:“Madonna con Bambino e San Giovannino” di Scuola

Veneta e “Madonna con Bambino” di Matteo di Giovanni, conservati nel Museo dell’accademia

di San Luca a romaLucilla Pronti1, anna Candida Felici1, Mario Piacentini1,

Margherita Vendittelli1

1 Dipartimento di Scienze di Base ed applicate per l’Ingegneria, Università degli Studi di roma “La Sapienza”

1. Introduzione

Quando ci si appresta a studiare un’opera d’arte, sia essa un dipinto,una statua od una struttura architettonica, per prima cosa si analizzano idati formali e stilistici dell’opera stessa per poterla collocare in un con-testo spazio temporale (quando e dove è stata realizzata); in secondoluogo si cercano maggiori informazioni su tecniche di produzione, ma-teriali ed eventuali influenze di altre opere. Nel caso dei dipinti a tuttoquanto detto va aggiunta la ricerca dell’ispirazione dell’artista: come eperché ha costruito il dipinto nel modo in cui noi lo vediamo, se vi sonosimbolismi all’interno del quadro, se vi sono similitudini con altre operedi pittori precedenti o contemporanei all’artista in studio.

Come si può facilmente intuire un tale approccio è fortemente sog-gettivo poiché dipende dalla cultura, dalle capacità e dall’esperienza dichi è chiamato a studiare l’opera d’arte e soffre dell’assenza di un’analisiobbiettiva dei materiali impiegati e della tecnica di esecuzione. Per ov-viare a tale “soggettività” gli storici chiamati a “leggere” un quadropossono ora disporre di indagini scientifiche che, fornendo informazioni

L. Pronti, a.C. Felici, M. Piacentini, M. Vendittelli66

su materiali e tecniche, permettono sia una lettura più oggettiva dell’opera(utile nel campo delle autenticazioni), sia una conoscenza maggioredella stessa, requisito necessario nel guidare eventuali restauri.

Nel campo dei beni culturali sono stati messi a punto molti metodidiagnostici tra cui quelli non distruttivi e non invasivi, generalmentepreferiti dagli storici dell’arte e/o dai collezionisti perché non richiedononessun prelievo di campione e possono essere impiegati direttamente insitu2.

Si presenta uno studio preliminare eseguito su due dipinti su tavolaconservati nella galleria accademica dell’accademia di San Luca(roma):• “Madonna con Bambino e Santa Caterina d’alessandria” (XV sec.)

di imitatore di Matteo di Giovanni, Fig. 1 (a sinistra);• “Madonna con Bambino” (XV sec.) di scuola veneta, Fig. 1 (a de-

stra).

Le due opere fanno parte della collezione del Barone Michele Laz-zaroni, donata all’accademia di San Luca nel 1935.

L’intera collezione è oggetto di studio a causa di alcune attribuzionidubbie ed errori iconografici. Si ritiene, infatti, che il Barone fossesolito modificare i quadri della sua collezione o personalmente o rivol-gendosi a pittori dell’epoca, che proprio tra la fine dell’Ottocento einizi Novecento, contribuiscono alla fenomenologia del falso d’arte checolpì l’Italia e indirettamente il resto del mondo3.

Le analisi sono state scelte ed eseguite secondo un ordine ben preciso:per prima cosa sono state effettuate immagini di fluorescenza UV peridentificare zone di restauro, poi sono state realizzate riflettografie NIre radiografie per individuare pentimenti e/o disegni preparatori. Infine,le osservazioni al microscopio ottico hanno guidato le successive indaginisui pigmenti impiegati nei vari strati pittorici; in particolare si è provve-duto all’identificazione dei pigmenti costituenti gli incarnati tramite mi-sure del fattore di riflettanza spettrale e la spettroscopia di fluorescenzaX a dispersione di energia (eD-XrF).

2 M. CarDINaLI, B.M. De rUGGIerI, C. FaLCUCCI, “Diagnostica artistica - Tracce materialiper la storia dell’arte e per la conservazione”, 2007, ed. Palombi.

3 G. MaZZONI, “Falsi d’autore. Icilio Federico Joni e la cultura del falso tra 800 e Nove-cento”, Catalogo della mostra (Siena, 18 giugno - 3 ottobre 2004).

L. Pronti, a.C. Felici, M. Piacentini, M. Vendittelli66

su materiali e tecniche, permettono sia una lettura più oggettiva dell’opera(utile nel campo delle autenticazioni), sia una conoscenza maggioredella stessa, requisito necessario nel guidare eventuali restauri.

Nel campo dei beni culturali sono stati messi a punto molti metodidiagnostici tra cui quelli non distruttivi e non invasivi, generalmentepreferiti dagli storici dell’arte e/o dai collezionisti perché non richiedononessun prelievo di campione e possono essere impiegati direttamente insitu2.

Si presenta uno studio preliminare eseguito su due dipinti su tavolaconservati nella galleria accademica dell’accademia di San Luca(roma):• “Madonna con Bambino e Santa Caterina d’alessandria” (XV sec.)

di imitatore di Matteo di Giovanni, Fig. 1 (a sinistra);• “Madonna con Bambino” (XV sec.) di scuola veneta, Fig. 1 (a de-

stra).

Le due opere fanno parte della collezione del Barone Michele Laz-zaroni, donata all’accademia di San Luca nel 1935.

L’intera collezione è oggetto di studio a causa di alcune attribuzionidubbie ed errori iconografici. Si ritiene, infatti, che il Barone fossesolito modificare i quadri della sua collezione o personalmente o rivol-gendosi a pittori dell’epoca, che proprio tra la fine dell’Ottocento einizi Novecento, contribuiscono alla fenomenologia del falso d’arte checolpì l’Italia e indirettamente il resto del mondo3.

Le analisi sono state scelte ed eseguite secondo un ordine ben preciso:per prima cosa sono state effettuate immagini di fluorescenza UV peridentificare zone di restauro, poi sono state realizzate riflettografie NIre radiografie per individuare pentimenti e/o disegni preparatori. Infine,le osservazioni al microscopio ottico hanno guidato le successive indaginisui pigmenti impiegati nei vari strati pittorici; in particolare si è provve-duto all’identificazione dei pigmenti costituenti gli incarnati tramite mi-sure del fattore di riflettanza spettrale e la spettroscopia di fluorescenzaX a dispersione di energia (eD-XrF).

2 M. CarDINaLI, B.M. De rUGGIerI, C. FaLCUCCI, “Diagnostica artistica - Tracce materialiper la storia dell’arte e per la conservazione”, 2007, ed. Palombi.

3 G. MaZZONI, “Falsi d’autore. Icilio Federico Joni e la cultura del falso tra 800 e Nove-cento”, Catalogo della mostra (Siena, 18 giugno - 3 ottobre 2004).

III. Analisi di due dipinti con metodologie non distruttive 67

2. Tecniche diagnostiche

2.1 Fluorescenza UV

La fluorescenza UV è utilizzata principalmente nella fase di valutazionedello stato di conservazione e degli interventi di restauro effettuati, chehanno coinvolto lo strato più superficiale dell’opera d’arte4. General-mente le ridipinture non presentano fluorescenza nel visibile, mentre lezone dipinte in antico sviluppano fluorescenze che variano dal blu algiallo in funzione delle proprietà chimiche dei materiali impiegati e delloro invecchiamento.

Figura 1. Dipinto “Madonna con Bambino e Santa Caterina d’alessandria” (XV sec.) diimitatore di Matteo di Giovanni (a sinistra); Dipinto “Madonna con Bambino” (XV sec.) discuola veneta (a destra).

4 M. FaLDI, C. PaOLINI, “Tecniche fotografiche per la documentazione delle opere d’arte”,Quaderni dell’Istituto per l’arte e il restauro, 1988.

L. Pronti, a.C. Felici, M. Piacentini, M. Vendittelli68

Le riprese delle immagini di fluorescenza UV sono state eseguite il-luminando i dipinti con due lampade di Wood ai vapori di mercurio econ una fotocamera digitale Nikon Coolpix P6000. Le immagini sonostate salvate nel formato raW, in modo da evitare la perdita di infor-mazioni dovuta alla compressione utilizzata nel salvataggio in altri for-mati, come ad esempio JPeG. Per eliminare il contributo dovuto allaluce ambiente, le riprese sono state effettuate all’interno di una cameraoscura portatile.

2.2 Riflettografia NIR

L’indagine riflettografica NIr è una tecnica che permette la visualizza-zione del disegno preparatorio (underdrawing) realizzato dall’artistasulla preparazione soggiacente lo strato pittorico5. Questa capacità è le-gata alla trasparenza dei pigmenti e coloranti nella regione infrarossa.

L’apparato per l’acquisizione di riflettografie nel vicino infrarosso ècostituito da due lampade ad incandescenza, per l’illuminazione, e dauna fotocamera digitale a basso rumore ed alta sensibilità, raffreddatamediante un sistema Peltier (euroPixel HiSIS 23 e). Il sensore della fo-tocamera è costituito da una matrice di 768x512 pixel, ognuno con unasuperficie di 9 µm2. Il segnale analogico in uscita dal sensore è convertitoin un segnale digitale a 16 bit (65536 livelli di grigio). La fotocamera ècorredata di un obiettivo Canon PH6x8 MaCrO di focale 8-48 mm eapertura f/1.0 e di un filtro passa alto a 720 nm.

2.3 Microscopia Ottica

Il microscopio portatile consente di osservare sul posto la distribuzionee il grado di miscelazione dei pigmenti sulla superficie.

È stato utilizzato un microscopio digitale USB (PCe-MM 200) peracquisire immagini con un ingrandimento di 150X. Le osservazioni almicroscopio ottico hanno contribuito alla scelta delle aree da analizzaretramite la spettroscopia in riflettanza a fibre ottiche (FOrS).

5 K. JaNSSeNS, r. VaN GrIeKeN, “Non-destructive Micro Analysis of Cultural HeritageMaterials”, Comprehensive analytical Chemistry, 2005, vol. XLII, ed. elsevier Science &technology.

L. Pronti, a.C. Felici, M. Piacentini, M. Vendittelli68

Le riprese delle immagini di fluorescenza UV sono state eseguite il-luminando i dipinti con due lampade di Wood ai vapori di mercurio econ una fotocamera digitale Nikon Coolpix P6000. Le immagini sonostate salvate nel formato raW, in modo da evitare la perdita di infor-mazioni dovuta alla compressione utilizzata nel salvataggio in altri for-mati, come ad esempio JPeG. Per eliminare il contributo dovuto allaluce ambiente, le riprese sono state effettuate all’interno di una cameraoscura portatile.

2.2 Riflettografia NIR

L’indagine riflettografica NIr è una tecnica che permette la visualizza-zione del disegno preparatorio (underdrawing) realizzato dall’artistasulla preparazione soggiacente lo strato pittorico5. Questa capacità è le-gata alla trasparenza dei pigmenti e coloranti nella regione infrarossa.

L’apparato per l’acquisizione di riflettografie nel vicino infrarosso ècostituito da due lampade ad incandescenza, per l’illuminazione, e dauna fotocamera digitale a basso rumore ed alta sensibilità, raffreddatamediante un sistema Peltier (euroPixel HiSIS 23 e). Il sensore della fo-tocamera è costituito da una matrice di 768x512 pixel, ognuno con unasuperficie di 9 µm2. Il segnale analogico in uscita dal sensore è convertitoin un segnale digitale a 16 bit (65536 livelli di grigio). La fotocamera ècorredata di un obiettivo Canon PH6x8 MaCrO di focale 8-48 mm eapertura f/1.0 e di un filtro passa alto a 720 nm.

2.3 Microscopia Ottica

Il microscopio portatile consente di osservare sul posto la distribuzionee il grado di miscelazione dei pigmenti sulla superficie.

È stato utilizzato un microscopio digitale USB (PCe-MM 200) peracquisire immagini con un ingrandimento di 150X. Le osservazioni almicroscopio ottico hanno contribuito alla scelta delle aree da analizzaretramite la spettroscopia in riflettanza a fibre ottiche (FOrS).

5 K. JaNSSeNS, r. VaN GrIeKeN, “Non-destructive Micro Analysis of Cultural HeritageMaterials”, Comprehensive analytical Chemistry, 2005, vol. XLII, ed. elsevier Science &technology.

69III. Analisi di due dipinti con metodologie non distruttive

2.4 Spettroscopia di fluorescenza X a dispersione di energia ED-XRF

L’eD-XrF è una tecnica di spettroscopia in emissione di raggi X chepermette l’analisi della composizione elementale del campione esami-nato. Nel campo della diagnostica sulle opere d’arte, essa è frequente-mente impiegata per l’identificazione degli elementi chimici che costi-tuiscono i pigmenti6.

Le analisi eD-XrF sono state eseguite utilizzando uno spettrometroportatile in grado di rivelare gli elementi chimici con numero atomicoZ > 15. Lo spettrometro è costituito da un generatore di raggi X conanodo di palladio (eIS srl) e un rivelatore SDD (Silicon Drift Detector)raffreddato Peltier con amplificatore e scheda multicanale integrati (am-ptek X-123SDD). La superficie del sensore è 25 mm2 e il suo spessoreè 500 µm. La risoluzione è di 140 eV FWHM a 5.9 keV. Il generatore diraggi X e il rivelatore SDD sono corredati di finestre di berillio di spes-sore pari a 150 µm e 12.5 µm, rispettivamente. Gli spettri sono stati ac-quisiti utilizzando una tensione di alimentazione di 40 kV e una correntedi 0.4 ma. Gli spettri raccolti sono stati elaborati con il programmaaXIL per ottenere i conteggi Ni relativi alle righe caratteristiche di cia-scun elemento e da questi sono state ricavate le percentuali relativePi=Ni/ΣiNi, riportate nelle tabelle.

2.5 Radiografie digitali

La radiografia permette di indagare la struttura più profonda dei dipinti sutela e tavola, carta e cartone. I valori chiaroscurali dell’immagine risultanodal diverso assorbimento dei raggi X che dipende soprattutto dallo spessoredegli strati pittorici e dal peso atomico dei pigmenti impiegati7.

Le radiografie digitali sono state effettuate utilizzando un generatoredi raggi X con anodo di palladio (eIS srl) e un sensore MOS costituitoda una matrice di 2400x2400 pixel, ognuno con una superficie di 50x50µm2 (Hamamatsu C7942). Il segnale analogico in uscita dal sensore èconvertito in un segnale digitale a 12 bit (4096 livelli di grigio). Il ge-neratore di raggi X è stato alimentato con una tensione di 40 kV ed èstata utilizzata una corrente di anodo di 0.4 ma.

6 C. SeCCarONI, P. MOIOLI, Fluorescenza X. Prontuario per l’analisi XRF portatile applicataa superfici policrome, 2002, Nardini.

7 a. GILarDONI, M. taCCaNI GILarDONI, a. aSCaNI OrSINI, L. aSCaNI OrSINI, S. taCCaNI,“X- Rays in Art”, 1994, ed. Gilardoni Mandello Lario.

L. Pronti, a.C. Felici, M. Piacentini, M. Vendittelli70

2.6 Spettroscopia di riflettanza a fibre ottiche (FORS)

La spettroscopia in riflettanza a fibre ottiche può fornire informazioniutili all’identificazione dei pigmenti impiegati in un’opera d’arte sfrut-tando il diverso assorbimento e/o riflessione di varie regioni dello spettrovisibile e infrarosso8.

Lo strumento utilizzato è uno spettrofotometro portatile costituito dauna lampada alogena con filamento di tungsteno (HL-2000 FHSa dellaavantes), uno spettrometro (avaSpec-2048-USB2 della avantes) perl’analisi della luce riflessa e da una sonda per l’illuminazione e laraccolta della luce riflessa. Lo spettrometro è composto da un reticolodi diffrazione da 300 righe/mm e blaze a 500 nm che consente di coprirel’intervallo spettrale da 300 nm a 1100 nm e da un sensore CCD lineareda 2048 pixel. La risoluzione spettrale è 0.8 nm. La sonda per l’illumi-nazione e la raccolta della luce è una sfera integratrice (avaSphere-30della avantes) con un diametro interno di 30 mm e un foro di raccoltadella radiazione di 6 mm di diametro. La geometria di illuminazione eosservazione è 0/di. Come diffusore riflettente ideale certificato è statautilizzata la tavoletta bianca SrS-99-010 della Labsphere.

3. Diagnostica per immagini

Le immagini ottenute illuminando i dipinti con radiazione UV hannomesso in evidenza gli interventi moderni di restauro che presentano unascarsa o nulla fluorescenza nel visibile. Il dipinto “Madonna con Bam-bino e Santa Caterina d’alessandria” mostra una fluorescenza dominantedi colore verde-azzurro con un’area che tende al giallo nella fascia inalto a destra del dipinto, Fig.3. Si distinguono piccoli ritocchi e dueestesi interventi di restauro che hanno interessato tutta l’area accanto albordo sinistro del dipinto (zone esenti da fluorescenza). La zona inbasso del dipinto è caratterizzata da una ridipintura moderna lungo ilbordo del manto della Madonna, che riguarda anche il motivo decorativodorato. La stessa zona, nella ripresa in riflettografia infrarossa, Fig.4,mostra una modifica della piega del manto.

8 M. BaCCI, V. CaPPeLLINI and r. CarLà, Diffuse reflectance spectroscopy: An applicationto the analysis of artworks, Journal of Photochemistry and Photobiology B-Biology 1, 1987.

L. Pronti, a.C. Felici, M. Piacentini, M. Vendittelli70

2.6 Spettroscopia di riflettanza a fibre ottiche (FORS)

La spettroscopia in riflettanza a fibre ottiche può fornire informazioniutili all’identificazione dei pigmenti impiegati in un’opera d’arte sfrut-tando il diverso assorbimento e/o riflessione di varie regioni dello spettrovisibile e infrarosso8.

Lo strumento utilizzato è uno spettrofotometro portatile costituito dauna lampada alogena con filamento di tungsteno (HL-2000 FHSa dellaavantes), uno spettrometro (avaSpec-2048-USB2 della avantes) perl’analisi della luce riflessa e da una sonda per l’illuminazione e laraccolta della luce riflessa. Lo spettrometro è composto da un reticolodi diffrazione da 300 righe/mm e blaze a 500 nm che consente di coprirel’intervallo spettrale da 300 nm a 1100 nm e da un sensore CCD lineareda 2048 pixel. La risoluzione spettrale è 0.8 nm. La sonda per l’illumi-nazione e la raccolta della luce è una sfera integratrice (avaSphere-30della avantes) con un diametro interno di 30 mm e un foro di raccoltadella radiazione di 6 mm di diametro. La geometria di illuminazione eosservazione è 0/di. Come diffusore riflettente ideale certificato è statautilizzata la tavoletta bianca SrS-99-010 della Labsphere.

3. Diagnostica per immagini

Le immagini ottenute illuminando i dipinti con radiazione UV hannomesso in evidenza gli interventi moderni di restauro che presentano unascarsa o nulla fluorescenza nel visibile. Il dipinto “Madonna con Bam-bino e Santa Caterina d’alessandria” mostra una fluorescenza dominantedi colore verde-azzurro con un’area che tende al giallo nella fascia inalto a destra del dipinto, Fig.3. Si distinguono piccoli ritocchi e dueestesi interventi di restauro che hanno interessato tutta l’area accanto albordo sinistro del dipinto (zone esenti da fluorescenza). La zona inbasso del dipinto è caratterizzata da una ridipintura moderna lungo ilbordo del manto della Madonna, che riguarda anche il motivo decorativodorato. La stessa zona, nella ripresa in riflettografia infrarossa, Fig.4,mostra una modifica della piega del manto.

8 M. BaCCI, V. CaPPeLLINI and r. CarLà, Diffuse reflectance spectroscopy: An applicationto the analysis of artworks, Journal of Photochemistry and Photobiology B-Biology 1, 1987.

71III. Analisi di due dipinti con metodologie non distruttive

Figura 3. Fotografia di fluorescenza UV del dipinto “Madonna con Bambino e SantaCaterina d’alessandria”.

Figura 4. Fotografia di fluorescenza UV (a sinistra) e rifettografia NIr (a destra) di un par-ticolare del dipinto “Madonna con Bambino e Santa Caterina d’alessandria”.