Contribution to the restoration of paintings: study of the interaction between binders and pigments and/via characterization of fresh, artificially aged and authentic samples from old paintings

Abstract

The objective of the present thesis is the in-depth study of painting and plaster layers of painting artifacts. For this purpose, the conducted study is distributed in the following three major aspects: (A) During the late post-Byzantine period, various guilds / artistic workshops of religious art -characterized by distinct elements- were operating in Central and Northern Greece. These guilds, although recorded and studied historically and stylistically / aesthetically, have not been documented so far in terms of materials characterization. In an attempt to document the late post-Byzantine Eastern Orthodox religious art wall paintings, the present thesis deals with the materials characterization and applied technique study of samples collected from the wall paintings of four monuments of Central and Northern Greece. The complementary analysis -following well established criteria of wall painting technique determination- showed that mostly fresco is the painting technique used in every case, while the occasionally detected egg yolk is attributed to surface painting layers. (B) Fires belong to natural disasters, which are also threatening against cultural heritage. The effects of a fire on a work of art vary and depend on the time of exposure to the event, but also on the temperatures developed during it. The behavior of painting layers of wall paintings, when they have undergone a fire incident, is examined. The main purpose of this study is to examine the possibility of detecting organic binders as a function of the maximum developed temperature, an important matter of wall paintings, as the presence of organics is one of the criteria for the determination of the applied painting technique. Wall painting mock-ups were prepared with traditional recipes of both fresco and secco wall painting techniques. Yellow ochre was the pigment under investigation, while the used organic binders in the case of the secco technique were egg yolk, linseed oil, gum arabic and casein. The mock-ups were annealed under a fire protocol representative of compartment fires. The applied microscopic, spectroscopic and thermoanalytical characterization techniques showed strong indications that a wall painting which has survived after a fire incident can carry information regarding the applied binder. (C) Calcium sulfates are key ingredients of artifacts, as they have been used as grounds for paintings, in sculptures, as well as building materials. The performed in-depth Thermoluminescence study showed that calcium sulfates of different hydration levels present potentiality to be used as luminescence dosimeters in general, and for dating applications. All of the calcium sulfates under study present linear response to irradiation dose, which is a characteristic suitable for age assessment applications. Finally, the S. Rosi wall painting -placed in the dome of Rotunda in Thessaloniki- was studied. The aim of this study was the problems that the wall painting presented during its restoration, the need to identify its painting technique regarding the exact method of construction of the grid that imitates the lost mosaics, and, last but not least, the documentation of the other -at least- two pictorial phases, previous to the Rosi one, only known from scarce archaeological evidence.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή έλαβε χώρα η εις βάθος μελέτη των στρωμάτων από τα οποία αποτελούνται τα ζωγραφικά Έργα Τέχνης σε τρεις βασικούς άξονες: (Α) Κατά την ύστερη μεταβυζαντινή περίοδο, διάφορα καλλιτεχνικά εργαστήρια ιδρύθηκαν κι έδρασαν στην Κεντρική και Βόρεια Ελλάδα, τα οποία διακρίνονται από διάφορα χαρακτηριστικά, αλλά, δεν τεκμηριώνονται επαρκώς από πλευράς υλικών και τεχνοτροπίας ζωγραφικής. Πραγματοποιήθηκε η μελέτη της τεχνοτροπίας ζωγραφικής δειγμάτων που συλλέχθηκαν από τις τοιχογραφίες τεσσάρων μνημείων της Κεντρικής και Βόρειας Ελλάδας, μέσω μικροσκοπικών και φασματοσκοπικών τεχνικών χαρακτηρισμού, αλλά και θερμικής ανάλυσης, για να προσδιοριστούν τα υλικά κατασκευής, τα μορφολογικά χαρακτηριστικά και η μικροστρωματογραφία των συλλεγέντων δειγμάτων. Ακολουθώντας σύγχρονα κριτήρια αναγνώρισης τεχνικών ζωγραφικής τοιχογραφιών διαπιστώθηκε ότι τα εν λόγω μνημεία αγιογραφήθηκαν κυρίως με την τεχνοτροπία εφ’ υγροίς (fresco). (Β) Οι πυρκαγιές ως γεγονότα ανήκουν στις φυσικές καταστροφές, οι οποίες είναι απειλητικές και κατά των έργων πολιτιστικής κληρονομιάς, με επιπτώσεις οι οποίες ποικίλουν κι εξαρτώνται από το χρόνο έκθεσης στο συμβάν, αλλά και από τη θερμοκρασία που αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια αυτού. Εξετάστηκε η συμπεριφορά των ζωγραφικών στρωμάτων τοιχογραφιών με προσανατολισμό τη διερεύνηση δυνατότητας ανίχνευσης οργανικών συνδετικών συναρτήσει της μέγιστης θερμοκρασίας, καθώς η ύπαρξη οργανικού είναι ένα από τα κριτήρια διαπίστωσης της τεχνοτροπίας ζωγραφικής. Πραγματοποιήθηκε η κατασκευή δοκιμίων τοιχογραφιών με την τεχνοτροπία εφ’ υγροίς αλλά κι επί ξηρού υποστρώματος. Για τα ζωγραφικά στρώματα επιλέχτηκε η χρωστική κίτρινη ώχρα, και τα οργανικά συνδετικά που χρησιμοποιήθηκαν για την τεχνοτροπία secco ήταν ο κρόκος αυγού, το λινέλαιο, το αραβικό κόμμι και η καζεΐνη. Τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε ανόπτηση σύμφωνα με πρωτόκολλο προσομοίωσης πυρκαγιάς σε κλειστό χώρο. Η ανάλυση έδειξε ότι υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις διατήρησης στοιχείων που να αποδεικνύουν τη χρήση οργανικού συνδετικού σε περιπτώσεις τοιχογραφιών που έχουν υποστεί κάποιο περιστατικό πυρκαγιάς. (Γ) Το θειικό ασβέστιο (γύψος, βασσανίτης, ανυδρίτης), αποτελεί βασικό συστατικό που χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζωγραφικών έργων, σε έργα γλυπτικής, καθώς και ως δομικό υλικό μνημείων. Μέσω θερμοφωταυγειακής μελέτης διαπιστώθηκε ότι το θειικό ασβέστιο διαφόρων βαθμών ενυδάτωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές χρονολόγησης, μέσω πρωτοκόλλου πολλαπλών δειγμάτων. Επιπλέον, τα υλικά παρουσιάζουν γραμμική απόκριση στη δόση -ιδιότητα που θεωρείται κατάλληλη για ένα δοσίμετρο ακτινοβολίας- και σε περιοχές δόσης που τα καθιστούν ιδανικά για τη χρήση τους σε εφαρμογές χρονολόγησης. Επιπροσθέτως, πραγματοποιήθηκε η μελέτη της τοιχογραφίας S. Rosi (τέλη 19ου αιώνα) από τη Ροτόντα Θεσσαλονίκης, με σκοπό την πλήρη ταυτοποίηση των υλικών και της τεχνοτροπίας κατασκευής, καθώς και την διερεύνηση της πολύπλοκης στρωματογραφίας που παρουσιάζει η συγκεκριμένη τοιχογραφία μέσω τεχνικών χαρακτηρισμού για να απαντήσει στα ερωτήματα που οδήγησαν σε αυτήν την μελέτη, τα οποία αφορούσαν την κατάσταση διατήρησης της τοιχογραφίας, την ακριβή τεχνοτροπία κατασκευής της και την απόδοση των διαφορετικών στρωμάτων σε ζωγραφικές φάσεις γνωστές μόνο από ιστορικά στοιχεία. Εκτός από την ανώτερη ζωγραφική φάση (Rosi), μέσω της μελέτης χαρακτηρισμού, εντοπίστηκαν επιπλέον δύο τουλάχιστον ζωγραφικές φάσεις, οι οποίες αποδίδονται στην Βυζαντινή περίοδο και στην Οθωμανική και οι οποίες ήταν μέχρι σήμερα γνωστές μόνο από αρχαιολογικές πηγές.