Wetenschappers ontrafelen degradatieproces van emeraldgroen

Internationale onderzoekers namen het intense groen dat schilders als Ensor gebruikten, minutieus onder de loep. Met de modernste technologie konden ze achterhalen op welke manier de kleur in de loop der tijd verandert. Die info is belangrijk voor musea: “Om verdere verkleuring te beperken, gebruiken ze voor deze schilderijen best een aangepast lichtschema.”

James Ensor experimenteerde net als zijn tijdsgenoten volop met de nieuwe synthetische pigmenten die tijdens de tweede industriële revolutie op de markt kwamen en die de schilderkunst gevoelig veranderden.

Figuur 1: De Intrige van James Ensor in het Koninklijk Museum voor Schone Kunsten Antwerpen (KMSKA, 1890, olieverf op doek, 90 cm x 149 cm, inv. 1856).

Een van die materialen is emeraldgroen, een vinnig gifgroene koper-arseenverbinding, dat bij zijn introductie de bestaande groene pigmenten overtrof in kleurintensiteit. Niet alleen de schilders van eind 19de tot begin 20ste eeuw, zoals Paul Cézanne, Claude Monet, Vincent Van Gogh, Edvard Munch en Robert Delaunay, maakten dankbaar gebruik van dit felle maar bijzonder toxische koperacetoarseniet, maar het vond ook ruim toepassing in een meer huishoudelijke context, bv. voor het kleuren van stoffen en papier. Zo wordt de dood van Napoleon op het eiland Sint-Helena door sommigen in verband gebracht met het emeraldgroene behang dat de muren van zijn huis bekleedde.

Net als veel van die wonderbaarlijke nieuwe pigmenten (denk aan chroomgeel, cadmiumgeel enz.), bleek ook emeraldgroen niet altijd even duurzaam op lange termijn. Wetenschappers wisten al dat het pigment chemisch onstabiel wordt en kan verdonkeren onder bepaalde omstandigheden, maar nu heeft een internationaal team van onderzoekers met behulp van de deeltjesversnellers in Grenoble (European Synchrotron Radiation Facilities, ESRF) en Hamburg (deutsches elektronen synchrotron, DESY) uitgezocht hoe dat proces precies verloopt, en dat is complexer dan aanvankelijk aangenomen.

Figuur 2: Boven: hyperspectraal beeld toont de verdeling van het pigment emeraldgroen over het verfoppervlak (in groen) van Ensor’s De Intrige. Onder: details van het groene verfoppervlak bij vergroting met een stereomicroscoop.

Het onderzoeksteam werd geleid door het Italiaanse Institute of Chemical Sciences and Technologies "Giulio Natta" (SCITEC-CNR) van het CNR en het Department of Chemistry, Biology and Biotechnology van de universiteit van Perugia, maar kaderde ook binnen het onderzoek van Annelies Rios-Casier, FWO-doctoraatsbursaal aan de Universiteit Antwerpen. Zij zoomt in op de materiaal-technische aspecten van Ensors schilderijen en leverde zo een belangrijke bijdrage aan de recente Ensor-tentoonstelling in het KMSKA (Ensors stoutste dromen. Het impressionisme voorbij, 28/9/2024-19/1/2025).

De Vlaamse en Italiaanse onderzoekers vonden elkaar tijdens een gezamenlijke MOLAB-meetcampagne in het Antwerpse museum waarbij het pigment nauwkeurig werd getraceerd op een reeks schilderijen van Ensor, waaronder De Intrige (zie fig. 2). Deze metingen met state-of-the-art mobiele analytische apparatuur lieten niet alleen toe om de eerste inzichten te verzamelen over de staat van bewaring van emeraldgroen, maar ook om op een onderbouwde wijze locaties voor micromonstername (zie fig. 3) te vinden.

Figuur 3: Links: PhD-student Annelies Rios-Casier neemt een micromonster van De intrige met behulp van een stereomicroscoop. Rechtsboven: een micrografische opname van het verfmonster in dwarsdoorsnede toont duidelijk de verflaag met emeraldgroen. Rechtsonder: niet-invasieve chemische beeldvorming met behulp van de innovatieve macro X-stralen poeder diffractie scanner (MA-XRPD) van UAntwerpen (AXIS-groep, o.l.v. Koen Janssens) in het museum.

De minuscule verfmonsters werden vervolgens op microniveau chemisch gespecifieerd met de uitzonderlijk heldere X-stralenbundels van de deeltjesversneller in de European Synchrotron Radiation Facility (ID21 bundellijn) en DESY (P06 bundellijn) via X-stralen poeder diffractie (XRPD) en X-stralen absorptie (XAS). "Metingen met synchrotronstraling zijn cruciaal voor dit soort onderzoeken, omdat ze de enige manier zijn waarop de aard van de verschillende arseenverbindingen kan achterhaald worden in de laagopbouw van schilderijen. Historische kunstenaarsmaterialen zijn zo complex dat één analysetechniek doorgaans niet voldoende is om een ​​volledig beeld te krijgen. Bij de ESRF proberen we het combineren van dergelijke technieken te vereenvoudigen", legt Marine Cotte uit, verantwoordelijke voor de ID21-bundellijn bij het ESRF.

Het Italiaanse team ging vervolgens aan de slag met zogenaamde ‘mock-ups’ om de bekomen inzichten te verifiëren en verder uit te bouwen. Mock-ups zijn vereenvoudigde modelmonsters die in het labo worden gesynthetiseerd en de historische olieverf imiteren. Ze worden op een kunstmatige manier aan verschillende klimatologische invloeden blootgesteld om zo de effecten ervan apart te onderzoeken.

Verftube van Munch

"Het was al bekend dat emeraldgroen in de loop van de tijd verandert, maar we wilden precies begrijpen welke rol licht en vochtigheid spelen bij deze degradatie", legt Letizia Monico uit, senior onderzoeker bij het SCITEC-CNR, corresponderend auteur van de publicatie, samen met Sara Carboni Marri, lid van dezelfde onderzoeksgroep die eerder promoveerde op het onderwerp. Een glansrol was daarbij weggelegd voor een historische verftube uit het atelier van Edvard Munch, ter beschikking gesteld door het Munch Museum in Oslo, die de onderzoekers mochten bemonsteren.

De onderzoekers ontdekten op deze manier dat de degradatie meerdere facetten heeft. Enerzijds zal vochtigheid de vorming van arsenoliet (As₂O₃) bevorderen, een kristallijne verbinding die de verf broos en gevoelig voor afbladderen maakt. Licht daarentegen zorgt ervoor dat het oorspronkelijke driewaardige arseen oxideert tot vijfwaardige arseenverbindingen, voornamelijk aan het oppervlak, wat concreet resulteert in een dunne, witachtige laag die de onderliggende kleur dof maakt en aan intensiteit doet inboeten.

Mysterieuze grijze laag

“Specifiek voor De Intrige, een iconisch Vlaams Topstuk, toonden de resultaten van de arseen- en koperspeciatie aan dat het degradatiegedrag van de lichtverouderde verfmodellen sterk lijkt op dat van de twee geanalyseerde verfdwarsdoorsneden die we selecteerden voor dit onderzoek. Dat wijst er op dat foto-oxidatie het oorspronkelijke levendige groen van het werk heeft getemperd", aldus Geert Van der Snickt, coauteur en hoogleraar aan UAntwerpen (ARCHES onderzoeksgroep).

“Als we dat samenleggen met een mysterieuze grijze laag die als een matterende sluier over delen van het schilderij lijkt te liggen en die we momenteel op dezelfde manier onderzoeken, dan kunnen we alleen maar concluderen dat de toch al kleurrijke Intrige ooit nog levendiger en contrastrijker van kleur moet zijn geweest”, voegt doctorandus Annelies Rios-Casier daar aan toe.

Al met al beïnvloeden licht en vochtigheid samen het pigment, maar het is toch vooral licht dat de primaire, ultieme bedreiging vormt voor De Intrige en andere meesterwerken. Deze kennis laat musea toe om hun behoud- en beheerbeleid op maat af te stemmen op hun collectie en/of topstukken, en deze gerichter te monitoren. Zo kunnen De Intrige en alle andere werken met emeraldgroen onder een aangepast lichtschema gepresenteerd worden om verdere verkleuring te beperken.

Een artikel over het onderzoek verschijnt in het wetenschappelijke tijdschrift Science Advances.

Discovering the Dual Degradation Pathway of Emerald Green in Oil Paints: the Effects of Light and Humidity, Science Advances - DOI: 10.1126/sciadv.ady1807