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CAPITOLO 3
I
PARAMETRI
FISICO
TECNICI
RELATIVI
ALLA
CONSERVAZIONE
1 – ANALISI DEI PARAMETRI FISICO TECNICI IMPORTANTI PER LA CONSERVAZIONE La variazioni delle condizioni atmosferiche e di illuminazione, in aggiunta alle sostanze inquinanti diffuse nell’atmosfera, hanno una deleteria azione sui beni culturali conservati in musei, archivi, biblioteche, e molto spesso l’azione di questi elementi, combinata sinergicamente, causa nel tempo danni irreparabili.
Solo negli ultimi venticinque anni sono state approfondite le conoscenza sulle cause naturali che provocano il degrado delle collezioni, in particolar modo per quanto riguarda quelle museali. Luce e fattori microclimatici sono gli elementi che giocano un ruolo principale nel deterioramento dei reperti e i tecnici di tutto il mondo hanno studiato metodologie e apparecchiature per mantenere le opere d’arte in condizioni ottimali, nonché hanno individuato quali siano i valori raccomandabili di tali parametri per ottenere e mantenere una conservazione ottimale.
Quali grandezze fondamentali determinanti lo stato di conservazione degli oggetti sono state individuate le seguenti:
- temperatura dell’aria e sua variazione nel tempo
- illuminamento dell’oggetto e quantità di radiazione ultravioletta incidente sull’oggetto - quantità di polveri e/o particolato presenti nell’aria
- quantità di gas inquinanti presenti nell’aria
Questi parametri vengono riuniti nello studio di tre grandi classi di problematiche che sono lo studio del microclima interno, dell’illuminazione e della qualità dell’aria, che verranno analizzate singolarmente nei paragrafi successivi.
38 2 – IL MICROCLIMA INTERNO
Così come funziona per le persone, è altrettanto valido definire anche per i materiali e/o i manufatti di interesse storico-artistico le condizioni di benessere, ovvero intervalli di valori di temperatura e umidità relativa all’interno dei quali si può ritenere di garantire loro una corretta conservazione. Il raggiungimento e la persistenza di valori di temperatura e umidità relativa diversi da quelli che rientrano nell’intervallo di benessere per il particolare materiale o per il singolo oggetto producono danni sul lungo periodo, ma non va dimenticato che variazioni repentine o fluttuazioni di breve periodo, dell’ordine dei giorni se non delle ore, possono indurre alterazioni spesso irreversibili e che il rischio maggiore per la conservazione deriva proprio dai gradienti spaziali e temporali di tali parametri.
Infatti, tenendo presente che qualsiasi oggetto entra, nel tempo, in equilibrio con l’ambiente circostante, sono l’entità e la velocità dello spostamento da tale situazione di equilibrio ad aumentare ed accentuare i processi di deterioramento in atto.
È comunque sempre buona norma tener presente alcuni principi fondamentali che mettono in relazione il degrado con i parametri termoigrometrici:
− le basse temperature dell’aria di per sé stesse non sono dannose per gli oggetti museali, mentre le alte possono esserlo in quanto favoriscono i processi degenerativi di carattere chimico;
− la fluttuazione nel tempo della temperatura dell’aria a contatto con l’oggetto induce in quest’ultimo uno stress termico, provocando dilatazioni; chiaramente, l’entità del danno aumenta se l’oggetto è costituito da materiali diversi;
− l’umidità relativa influenza le variazioni di dimensione e di forma degli oggetti ed i processi chimici e biologici. In particolare:
• tutti i materiali organici in grado di assorbire acqua, quali il legno, l’avorio, il cuoio, la carta e i collanti si gonfiano quando l’umidità relativa cresce e si restringono quando essa diminuisce, con conseguenti variazioni di peso, deformazioni, rotture di fibre, crepe e fessurazioni;
• valori dell’umidità relativa maggiori del 50% favoriscono diverse reazioni chimiche, tra cui la corrosione dei metalli, lo scolorimento delle tinture su cotoni, lini, lane, sete e l’indebolimento delle fibre organiche, soprattutto se in presenza di luce;
• valori di umidità relativa superiori al 65%, con valori di temperatura superiori a 20°C, favoriscono lo svilupparsi di muffe ed accelerano i cicli vitali di numerosi e dannosi insetti.
Spesso, in buona fede, la temperatura dell’aria è ritenuta il fattore più importante per la conservazione delle opere; e difatti è fondamentale per la conservazione di molte categorie di oggetti, tra cui i film o le cere. In realtà, come mostra anche la tabella, il fattore più importante è proprio l’umidità relativa.
Spesso risulta difficile distinguere il degrado dovuto alla temperatura da quello dovuto all’umidità relativa, in quanto tra i due parametri esiste una stretta sinergia nella determinazione del danno. In ogni caso, è da sottolineare che l’entità dei danni indotti da ciascun parametro o dalla combinazione di essi dipende soprattutto dalla natura dei materiali, dalla geometria dell’oggetto, dal tempo di esposizione, dalla magnitudo del fattore di danno (concentrazione del contaminante o scostamento dai valori ottimali per umidità e temperatura) e dai tipo di meccanismi di deterioramento che saranno analizzati nei paragrafi successivi.
39 2.1–SENSIBILITÀ DEI MATERIALI
Gli oggetti presenti in un museo possono essere costituiti da materiali molto differenti fra loro e con risposte all’impatto delle condizioni ambientali molto diversificate. Generalmente un oggetto è composto da più tipi di materiale che con il loro comportamento ne possono compromettere la durata nel tempo.
Le condizioni termoigrometriche dell’aria a contatto con l’oggetto sono, come detto, le condizioni di temperatura e di umidità relativa. Premesso che l’oggetto tende sempre ad entrare in equilibrio con l’ambiente circostante, in generale si può dire che, entro intervalli di temperatura e di umidità relativa accettabili, il rischio maggiore per la conservazione deriva dalle variazioni nel tempo (gradienti temporali) della temperatura e dell’UR.
La tabella sottostante mostra la sensibilità di molti materiali, che si conservano comunemente nei musei, ai cambiamenti del microclima interno.
CLASSE DI SENSIBILITÀ MATERIALI
GRUPPO A – MATERIALI CHE NECESSITANO DI CONDIZIONI DI UR ESTREMAMENTE STABILI
MOBILI INTARSIATI, DORATI O LACCATI, STRUMENTI MUSICALI IN LEGNO, PITTURE SU PANNELLI O SCULTURE IN LEGNO, MANOSCRITTI ILLUMINATI
(CARTA E PERGAMENA), LACCHE ORIENTALI, GESSI,
PAVIMENTI GIAPPONESI
GRUPPO B – MATERIALI CHE NECESSITANO DI CONDIZIONI DI UR MODERATAMENTE STABILI
TESSILI E COSTUMI, PITTURE AD OLIO SU TELA, OPERE D’ARTE E DOCUMENTI DI CARTA E PERGAMENA,
CARTAPESTA, MATERIALI DI ORIGINE VEGETALE
(CORTECCIA, ERBA, PAPIRO), OGGETTI IN LEGNO POLICROMO, MOBILI IN LEGNO, OGGETTI E ABITI IN CUOIO E PELLE, ARMATURE, ARMI, MATERIALI IN OSSO, AVORIO E CORNO, MINIATURE, OGGETTI CINESI LACCATI
GRUPPO C – MATERIALI RELATIVAMENTE INSENSIBILI ALLE VARIAZIONI DI UR
PIETRA, MARMO, CERAMICA, VETRO STABILE, LEGHE D’ARGENTO E D’ORO
GRUPPO D – MATERIALI CHE NECESSITANO DI CONDIZIONI SECCHE
FERRO, ACCIAIO, OTTONE, BRONZO, RAME E SUE LEGHE, PIOMBO, STAGNO E SUE LEGHE, ARGENTO COMUNE, ORO COMUNE, BRONZI ARCHEOLOGICI,
VETRO INSTABILE ED IRIDESCENTE, TESSILI CON ELEMENTI METALLICI, REPERTI MUMMIFICATI
GRUPPO E – MATERIALI CHE NECESSITANO DI CONDIZIONI DI BASSA TEMPERATURA
PELLICCE, PELLI ANIMALI, REPERTI ANIMALI (UCCELLI E MAMMIFERI)
TABELLA 2 – Sensibilità all’UR e alla temperatura di alcuni materiali costituenti oggetti museali. Da Oggetti nel tempo. Principi e tecniche di conservazione preventiva, Istituto Per I Beni Artistici Culturali e Naturali della Regione Emilia
40 2.2–EFFETTI DELLA TEMPERATURA
Gli oggetti che costituiscono i beni da preservare possono ricevere o cedere calore in varia maniera, e le variazioni di temperatura possono indurre nei materiali che costituiscono il bene da conservare una serie di conseguenze più o meno dannose. In genere la sola temperatura non è mai in grado di provocare i danneggiamenti maggiori, però, come si vedrà nei paragrafi successivi, è quasi sempre concomitante con gli altri fattori di degrado.
Il principale effetto provocato sui materiali dal riscaldamento (o dal raffreddamento) è costituito dall’insorgenza di sforzi espansivi e di conseguenza deformativi. Infatti le variazioni di temperatura possono indurre nei materiali degli sforzi generalmente di tensione tra le superfici e le strutture sottostanti. Questo effetto è chiaramente variabile e dipenderà essenzialmente dalla natura degli oggetti e dei materiali che li compongono, dall’intensità e dalla quantità del calore trasferito, dalla velocità nel tempo delle variazioni di temperatura e dalla ciclicità di quest’ultime.
È importante sottolineare che variazioni cicliche contribuiscono a danneggiare i materiali in modo tanto più significativo, quanto più rapidi sono i cicli. Quanto più brevi sono le fluttuazioni tanto più sottile è lo strato influenzato da esse. Poiché molto spesso le parti di maggior valore artistico delle opere si trovano sulla superficie, i cicli di temperatura giornalieri (o più brevi) sono molto più importanti che quelli stagionali.
Inoltre la presenza di acqua agisce come fattore sinergico con le variazioni di temperatura. Alcuni processi, come lo spostamento dell’acqua o dell’aria attraverso i solidi aumenta. Lo stesso aumento di temperatura di 5° C può implementare i processi anche di una volta e mezzo.
Approssimativamente, lo stesso principio si può applicare all’evaporazione delle tracce di materiale volatile, talvolta formato da altri processi di danneggiamento, dal momento che l’evaporazione è inizialmente limitata dalla diffusione. L’infragilimento dovuto all’età è collegato a questi processi. Sebbene l’UR sia presa costante indipendentemente da altri fattori, come di norma dovrebbe essere, un aumento di temperatura comporta che alcuni materiali si asciughino, con il risultato di infragilirsi, come vale ad esempio per legno, carta, colle animali e cuoio.
Una crescita della temperatura, che provoca l’essiccamento, non riduce comunque il degrado della maggior parte dei coloranti. In questi casi il tasso di scolorimento cresce con il crescere del contenuto d’umidità. Questo effetto non viene considerato abbastanza nel giustificare la scelta di tenere alcuni tessuti in condizioni particolarmente secche, dal momento che queste influirebbero anche sulla flessibilità del materiale stesso.
Anche per alcuni materiali composti fragili, le cui parti si espandono in maniera diversa (che tuttavia non sono particolarmente sensibili all’umidità, come per esempio dei metalli rivestiti di smalto) un cambio inusuale di temperatura può diventare dannoso.
La temperatura è anche un fattore fondamentale nel determinare l’accelerazione di processi chimici e biologici. Per quanto riguarda quelli di natura chimica, se, per esempio, si fa salire la temperatura (ad UR costante) della cellulosa, materiale costituente la maggior parte dei documenti scritti e dei libri, da 15° a 20° o da 20° a 25° C si fa crescere la velocità di degrado di circa due volte e mezza in entrambi i casi.
L’effetto di accelerazione dei processi cosiddetti biologici non è meno importante. Una temperatura di 20-35 °C favorisce l’attività microbiologica, mentre una T < 20 °C riduce il metabolismo degli eventuali organismi presenti.
Ogni situazione dovrà perciò essere analizzata in maniera specifica qualora si verifichino effetti come quelli sopra elencati e la logica conseguenza di quanto appena affermato è che, se si desidera ottenere una corretta conservazione, è inevitabile isolare al meglio gli oggetti, sia dall’ambiente esterno, sia da eventuali fonti di calore (visibili e invisibili).
41 2.3–EFFETTI DELL’UMIDITÀ
Fra tutti i fattori che concorrono al danneggiamento ed al degrado dei materiali e quindi degli oggetti contenuti nei musei, l’umidità è quello principale e preponderante.
Gli effetti del vapore d’acqua disciolto nell’aria atmosferica e delle sue variazioni sugli oggetti conservati nei musei sono molteplici e possono essere raggruppati in tre principali categorie:
Meccanismi di tipo fisico – I meccanismi di tipo fisico sono spesso direttamente riconducibili sia
alle caratteristiche meteo-climatiche del luogo che a quelle strutturali e termofisiche dell’involucro edilizio, le quali possono favorire il trasferimento di energia termica e/o di vapor d’acqua. Questi fenomeni, inducendo variazioni di temperatura e di umidità relativa nell’ambiente espositivo, costituiscono il rischio maggiore per la conservazione.
Infatti il passaggio fra i diversi stati dell’acqua è regolato dai processi di evaporazione e condensazione, i quali modificano il contenuto atmosferico di vapore. Il fattore che caratterizza il comportamento del vapore è dato, per ogni temperatura, da un valore in peso che non può essere superato (vapore saturo). Per esempio, a livello del mare e con temperatura di 20 °C, un metro cubo d’aria non può contenere oltre 17 grammi di vapor d’acqua. Questa condizione, espressa in umidità relativa percentuale, corrisponde al valore 100%; vale a dire che esisterà un equilibrio fra l’umidità atmosferica e le superfici bagnate circostanti.
L’umidità relativa, è data dal rapporto tra la massa di vapore presente e quella di vapore necessaria per saturare lo stesso volume d’aria alla stessa temperatura. La temperatura alla quale il vapore per raffreddamento diventa saturo, viene detta temperatura di rugiada e se una superficie si trova a tale temperatura, su di essa si forma un velo di acqua di condensazione. Un’attenzione particolare a questo fenomeno va posta d’inverno, specialmente con temperature dell’aria esterna al di sotto degli 0o C. Questo aspetto interessa i corpi più freddi presenti nell’ambiente e quindi, di preferenza, i materiali a grande densità e ad alta conducibilità termica (metalli, pietre compatte, ecc).
Un problema differente si presenta qualora le superfici dei manufatti si trovino a temperatura superiore a quella ambiente: in questo caso avremo il fenomeno della evaporazione del contenuto d’acqua presente sulla superficie o nel materiale. Le conseguenze anche in questo caso possono essere importanti e tali da pregiudicare notevolmente l’aspetto degli oggetti, nonché la loro stessa integrità.
Entrambi i processi, di condensazione e di evaporazione, sono normalmente ciclici perché legati a cicli naturali o artificiali di riscaldamento e raffreddamento dell’ambiente circostante o direttamente del materiale.
Particolare attenzione è da porre a quei gradienti termici che presentano una ampiezza e una cinetica (velocità delle oscillazioni) tali da provocare tensionamenti, variazioni di volume dell’oggetto e formazione di microfratture, che non solo riducono la resistenza del materiale, costituendo un punto di concentrazione delle tensioni meccaniche, ma aprono la via alla penetrazione in profondità di acqua e sali solubili. Nelle dette situazioni infatti non è infrequente il presentarsi anche di un moto dell’acqua che dall’interno dei materiali migra verso l’esterno favorendo il trasferimento, verso la superficie di sali dannosi con conseguente sfaldamento della crosta e comparsa di efflorescenze (specie nel caso di materiali con superfici esterne dipinte).
I danni maggiori si rilevano negli oggetti costituiti da materiali con diverso coefficiente di dilatazione termica, che possono manifestare fratture sulle interfacce delle superfici di connessione. Anche valori inadeguati e oscillazioni dell’umidità in ambiente possono produrre sollecitazioni nei materiali tali da determinarne indebolimento strutturale, con danni irreversibili. Di fatto, ciascun materiale è caratterizzato da uno specifico valore del contenuto di umidità che varia in funzione
42 delle condizioni termoigrometriche dell’ambiente in cui si trova e pertanto, per una corretta conservazione, l’oggetto e l’ambiente circostante devono essere in equilibrio
Infatti tutti i materiali igroscopici, come legno, carta, ossa, pergamena, pelle, tessili, vimini , stuoie e adesivi, si gonfiano quando il tasso di UR sale e si restringono quando questo diminuisce, provocando deformazioni, dislocazioni tra le parti, frazionamento e rottura delle fibre, specialmente a bassi valori di UR.
Un oggetto ingombrante, voluminoso, risponderà ad una nuova UR in maniera lenta partendo dall’esterno fino ad arrivare più in profondità internamente; una scultura di legno a grandezza umana perciò ci metterà due o tre mesi per completare il processo di risposta ad un grande cambiamento di condizioni, mentre un foglio di carta ci metterà solo alcuni minuti.
Il materiale che risente in maniera più accentuata delle variazioni di umidità è senza dubbio il legno. Poiché è un materiale anisotropo, questo provoca non solo cambiamenti nelle dimensioni degli oggetti, ma anche delle deformazioni, più evidenti nei casi in cui si tratti di oggetti realizzati con differenti tipi di legno.
FIGURA 3 –Deformazioni per essiccamento anisotrope nel legno, in funzione della parte di sezione considerata Uno degli esempi più significativi è costituito dai dipinti su tavola. Lo strato di pittura sulla superficie messa in mostra costituisce una barriera al vapore e quindi se l’umidità diminuisce repentinamente, gli scambi evaporativi tra la tavola e l’aria saranno localizzati solo sul lato “nudo” della tavola, ovvero quello posteriore. Questo comporta che sul retro della tavola si avranno contrazioni maggiori rispetto al lato dipinto, con conseguente incurvamento. La superficie dipinta, nel cercare di adattarsi a questa deformazione potrà poi fessurarsi o creparsi.
Non è difficile trovare vecchi dipinti sulla superficie dei quali è visibile tutta una serie di crepe, che molto spesso seguono anche la trama della stesura del colore e delle pennellate.
Se poi non vi sono ulteriori variazioni di UR, dopo un certo periodo l’umidità può riuscire dalla tavola e la curvatura rientrare, anche se all’interno degli strati lignei rimane una sorta di compressione plastica, che non causa cambiamenti apparenti. Se invece l’UR ridiscende questo comporterà inevitabilmente un processo opposto a quello che si è verificato inizialmente, con conseguente ritiro degli strati della tavola. La pittura anche in questo caso farà da blocco e non cambierà la sua dimensione tanto quanto il legno, portando il dipinto ad assumere addirittura una curvatura opposta a quella che mostrava nella fase di rigonfiamento. Tenendo conto del fatto che il legno umido è più debole e plastico del legno più secco, le maggiori deformazioni si presenteranno proprio in condizioni di UR più elevata. Da questo si deduce che, con molta probabilità, dopo un certo numero di oscillazioni dell’umidità ambientale, si avrà un incurvamento della tavola che assumerà una forma convessa; deformazione che tenderà ad aumentare sempre più con il susseguirsi dei cicli di variazione di umidità.
43 FIGURA 4 –Fessurazione del legno causata da stress termoigrometrico.
Questo è un effetto comune anche in altri tipi di oggetti in cui il legno costituisce una parte essenziale. Chiari esempi sono infatti la perdita delle teste delle asce, il restringimento delle botti o l’aumento della distanza tra i pannelli di un pavimento. In ognuno di questi tre casi un’espansione incrociata delle venature conseguente ad un aumento di umidità è impedita: dall’acciaio dell’ascia, dagli anelli della botte e dai muri della stanza. La compressione interna avviene mentre il legno è umido e quando invece secca il legno si restringe lasciando spazi vuoti tra le tavole o tra le parti. Le variazioni di umidità ambientale hanno poi effetti anche sui dipinti su tela, che possono subire anch’essi danni dalle variazioni suddette, anche se meno evidenti. Lo strato di imprimatura steso sul tessuto è composto normalmente di polvere di gesso impastato con colle animali che si rigonfiano all’aumentare dell’UR. La tela di supporto reagisce invece in maniera contrastante perché in alcuni casi si è notato un suo allungamento in concomitanza con l’aumento di umidità, mentre in altri è stato verificato il fenomeno opposto. Evidentemente la fibra tessile si ingrossa quando assorbe l’acqua, però l’effetto che questo comporta sulle dimensioni della tela dipende dai sistemi di torcitura e di filatura adottati per la sua confezione1. Le diverse dilatazioni che si verificano fra supporto e imprimatura provocano a lungo andare la screpolatura della pellicola pittorica e si può arrivare alla sua caduta in forma di scaglie causata dall’imputridimento della tela o dal particolare tipo di adesivo impiegato.
Meccanismi di tipo chimico – La causa scatenante del deterioramento di tipo chimico è un non
idoneo valore del grado igrometrico che fa da catalizzatore a reazioni cinetiche o foto-chimiche eventualmente in atto, dovute alla presenza di altri fattori contaminanti, come la radiazione luminosa o gli inquinanti presenti nell’aria. Di seguito sono riportate le quattro categorie principali di reazioni che possono provocare deterioramento o distruzione dei materiali presenti nel museo. 1 – Inizio o accelerazione della corrosione nei metalli – Mentre i materiali igroscopici mostrati in precedenza non dovrebbero rimanere in condizioni né troppo umide, né troppo secche, i metalli beneficiano invece di una condizione prettamente asciutta, specialmente per quanto riguarda il ferro, il rame e le loro leghe. Un elevato tenore di UR è infatti controindicato per questa tipologia di oggetti facilmente ossidabili. Differenze fra la loro temperatura e quella dell’aria ambiente possono provocare formazione di condensa sulla loro superficie e, qualora il metallo contenga delle impurità o l’atmosfera sia inquinata, si possono originare delle correnti galvaniche che provocano corrosioni superficiali degli oggetti stessi.
1 Un esempio di come il confezionamento di fibre tessili sia cruciale per capire come l’oggetto reagirà alle
variazioni di umidità relativa è costituito dalla cosiddetta “Corda di Manila” o da alcune funi multistrato. Queste infatti, per il modo particolare in cui sono state intrecciate, hanno la tendenza a restringersi se vengono bagnate.
44 La protezione dalla corrosione dell’argento, stagno, peltro e piombo non è un problema altrettanto delicato dato che non occorrono valori troppo bassi di UR, sebbene l’ossidazione dell’argento viene accelerata proprio dall’umidità. L’oro invece non ne risente per nulla.
Dato che molte sale espositive mostrano oggetti di vario tipo e diversa natura insieme a quelli metallici, le condizioni solitamente scelte come ottimali per la conservazione possono risultare al limite per alcuni metalli più delicati come i bronzi ed i ferri con tracce di cloruri o più instabili. Questa situazione implica per gli oggetti metallici più preziosi e delicati la predisposizione di apposite vetrine o teche, le quali potranno essere appositamente deumidificate, come sarà mostrato nell’apposito paragrafo.
FIGURA 5- –Effetti di corrosioni sul bronzo, Museo bronzi dorati, Pergola (PU)
2 – Scolorimento dei materiali - Anche se la causa primaria della perdita delle caratteristiche cromatiche di un materiale sia attribuibile alla luce (naturale e artificiale), le variazioni di UR
possono influire.
Generalmente il tasso di danno provocato dall’umidità non è molto elevato e non richiede che vengano prese apposite misure protettive. Tuttavia si può facilmente constatare, ad esempio, che la maggior parte dei lini, delle lane, dei cotoni, si danneggiano molto più rapidamente con valori di UR alta. Lo stesso si può riscontrare anche in altri tipi di tessuti, specialmente quelli naturali. 3 – Perdita di resistenza nella carta e nei tessuti – La cellulosa è uno dei tanti polimeri che si trovano in natura. Legno, carta e cotone contengono tutti cellulosa; lana, cotone e canapa sono costituite invece da cellulosa fibrosa. Dal punto di vista chimico la cellulosa è un polimero lineare del glucosio, costituente la parete delle cellule vegetali, la cui struttura base è una lunga catena di glucano, contenente circa 10.000 molecole di glucosio. Più catene sono regolarmente allineate a formare microfibrille e ciò ne determina specifiche caratteristiche cristalline, che rendono la cellulosa più resistente alla degradazione.
45 In termini conservativi, la qualità ad esempio di una carta è data anche in base al grado di polimerizzazione (DP) della cellulosa di cui è fatta, cioè dalla lunghezza delle catene polimeriche. Se la cellulosa di lino e di cotone possiede un elevato DP, quello delle carte ottenute dalla lavorazione del legno tende a essere piuttosto basso.
L’idrolisi, il principale processo che danneggia i materiali con base cellulosa, consiste nella rottura dei legami tra le diverse unità di glucosio, rottura provocata dall’inserimento di molecole di acqua. Questo comporta la formazione di frammenti che determinano la diminuzione del grado di polimerizzazione della catena. I fenomeni di idrolisi della cellulosa avvengono ovviamente in presenza di valori elevati di umidità relativa e sono catalizzati dalla presenza di acidi (cioè sostanze con pH<7) o basi (cioè sostanze con pH>7). Queste sostanze possono già trovarsi nel supporto cartaceo (sbiancanti della cellulosa, sostanze di collatura quali allume, inchiostri manoscritti) oppure possono provenire dall’ambiente esterno (inquinanti di varia origine presenti nell’aria). Questo processo, in particolar modo nel caso acido, viene studiato da oltre 50 anni, ma ancora non è stato dato un quadro esaustivo sulla cinetica della degradazione. Si può però affermare che la progressiva azione dell'acidità provoca una diminuzione del grado di polimerizzazione.
A questo proposito, è importante osservare che la rottura di un solo legame per catena di cellulosa provoca un dimezzamento del DP. Quindi teoricamente la degradazione acida dovrebbe proseguire sino alla completa demolizione delle catene, con formazione di glucosio. Tuttavia l'acidità è in grado di attaccare le zone amorfe del substrato cellulosico, mentre le zone cristalline oppongono una forte resistenza e richiedono un trattamento molto drastico. Per questo motivo la degradazione rallenta enormemente al raggiungimento di un
valore del DP pari alla lunghezza media delle zone cristalline. Ad esempio, campioni di lino archeologico risalente a 4000 anni fa hanno mantenuto un valore di grado di polimerizzazione pari alla lunghezza media delle zone cristalline. Tuttavia quando la parte amorfa è stata completamente degradata la cellulosa risulta molto fragile e il materiale si spezza con facilità.
Nel caso specifico della carta di libri, manoscritti e volumi, le leggi che regolano il processo di degradazione sono un po’ più complesse perché la presenza di composti eterogenei sul materiale (ad es. metalli pesanti degli inchiostri ferro-gallici) e/o l'esposizione alla luce provoca l'ossidazione del substrato cellulosico, ossidazione che porta alla formazione di sostanze acide (carbossili). In sinergia con l'idrolisi, queste sostanze acide formano prodotti volatili a basso peso molecolare (VOCs, volatile organic compounds) che riconosciamo immediatamente dall'odore empireumatico (puzza) quando entriamo in molti archivi e depositi di materiale librario. I VOCs, inoltre, non si disperdono facilmente nell'ambiente, ma restano per lo più intrappolati tra le fibre di carta all'interno dei faldoni o nei libri chiusi da anni, soprattutto se l'ambiente è umido.
4 – Deterioramento di alcuni materiali di vetro - I contenitori di vetro sono sempre stati usati fin dal passato per contenere l’acqua, perciò sorprende un po’ pensare che gli oggetti in vetro siano sensibili all’umidità. Comunque sia, sembra che in alcune tipologie di vetro, gli ioni di sodio e di potassio possano avere una lieve solubilità. Per tale motivo sembra che possano anche esser lisciviati fuori dall’umidità (idrossidi di sodio e potassio) ed essere convertiti rapidamente in carbonati dal biossido di carbonio eventualmente presente nell’aria. Il problema è che tali carbonati possono attirare maggiormente l’umidità, con conseguente formazione di gocce sulla superficie del vetro. Durante il processo si possono formare delle piccolissime crepe, oppure il vetro può diventare opaco, ingrigendo o sbiancando.
Tenendo il vetro asciutto non ci potrebbero essere processi ulteriori. Tuttavia si dovrebbe ricorrere anche ad una consulenza specialistica, poiché è emerso che in alcuni casi una crepatura sensibile di oggetti di vetro instabili può essere accelerata da condizioni di secchezza.
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Meccanismi di tipo biologico – Alti valori di temperatura e grado igrometrico sono la causa del
cosiddetto deterioramento di tipo biologico, che si può verificare, in tempi lunghi, anche in condizioni ambientali non estreme: microrganismi (funghi, batteri, ecc.) ed insetti sono causa di un degrado veloce, grave ed irreversibile. Purtroppo, per evitare il degrado dovuto ad agenti biologici, non è sufficiente controllare i valori di temperatura ed umidità relativa, ma va anche prestata attenzione ad altri parametri, quali il ricambio e la purezza dell’aria, la presenza di flussi e correnti d’aria, i criteri espositivi: ad esempio, gli affreschi e gli oggetti realizzati con materiali facilmente asportabili non debbono essere collocati nelle immediate vicinanze di bocchette, diffusori e quant’altro né in prossimità di porte o finestre affinché le correnti non accentuino i fenomeni degradanti.
Microrganismi – I microrganismi sono tutti organismi unicellulari caratterizzati da dimensioni
molto piccole, visibili solo al microscopio. Questi trovano il loro terreno di coltura in ambienti umidi, quindi, per esempio, sulle superfici delle pareti affette da fenomeni di condensa superficiale, nei componenti degli impianti di condizionamento in cui c’è presenza di acqua, nelle pareti di canali, la cui mancata manutenzione provoca accumuli di polveri, eventualmente inumiditi da fenomeni di condensa superficiali.
I microrganismi utilizzano, per il loro ciclo vitale, i materiali organici che costituiscono l’opera d’arte (per esempio i leganti o gli strati protettivi del cotone) e possiedono un’elevata attitudine a modificarsi e ad adattarsi alle caratteristiche dell’ambiente in cui si insediano. Nella loro evoluzione la maggior parte delle diverse specie di microrganismi si dimostrano sensibilmente influenzati dalle condizioni fisiche dell’ambiente, e in particolar modo dall’umidità relativa dell’aria. Un’elevata umidità dell’aria determina un maggiore rischio di attacco biologico e, analogamente, rapidi cambiamenti delle condizioni igrometriche favoriscono la germinazione delle spore presenti nell’aria e quindi i processi di degrado.
All’interno del mondo dei microrganismi si possono poi distinguere:
− Funghi - Con questo termine si indica un vasto gruppo di microrganismi, afferenti alla
classe dei protisti superiori, cui appartengono tra l’altro i funghi comuni, le muffe, i lieviti, i funghi del suolo. Possono essere sia organismi unicellulari, i lieviti, sia filamentosi pluricellulari, le muffe, la cui presenza sulle superfici viene rilevata tramite macchie vellutate di colore bianco, verde e grigio. Il corpo di un fungo si origina sempre da un elemento unicellulare, la spora, che dà luogo alla germinazione ogni qualvolta il valore del grado igrometrico dell’aria nell’adiacenza di una superficie rimane, per un sufficiente periodo di tempo, più alto di un valore di soglia detto attività minima (a), ovvero quando si verifica la condizione:
= ≥
con:
= pressione parziale del vapore nell’aria, (Pa) = pressione di saturazione del vapore nell’aria, (Pa)
= attività minima, funzione di temperatura, specie fungina, tipo di substrato (adim.) La specie fungina che richiede il minimo grado di attività è l’aspergillus versicolor, cioè la muffa, il cui grado di attività minima è pari al 75% su molti materiali idroassorbenti. Lo sviluppo di funghi è comunque favorito quando l’umidità supera il 65%, specialmente in ambienti caldi e poco aerati, come possono essere gli archivi ed i depositi sia di musei che di biblioteche.
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− Batteri – sono microrganismi unicellulari molto semplici con organizzazione cellulare di
tipo procariotico, la cui riproduzione avviene nella maggior parte dei casi per scissione degli stessi batteri. In condizioni favorevoli, la crescita e la divisione batterica avvengono con grande rapidità e cioè ogni mezz’ora o meno, in modo che ogni singola cellula può produrre in un giorno centinaia di milioni di nuovi microrganismi: un batterio che si divide ogni 20 minuti in condizioni di colture artificiali adatte si moltiplica circa un miliardo di volte ogni 10 ore. I batteri hanno una distribuzione ubiquitaria per la loro capacità di adattamento quindi sono capaci di colonizzare qualsiasi ambiente. Anche la temperatura è fra gli agenti fisici quello che più influenza le proprietà biologiche dei batteri. Infatti, per ogni specie batterica esiste un piccolo intervallo di temperatura all’interno del quale lo sviluppo viene favorito, anche se la vita del batterio si può mantenere anche per valori di temperatura di poco esterni a tale intervallo.
I danni maggiori si riscontrano chiaramente in tutti i materiali di natura organica, anche se non va sottovalutata l’incidenza anche su quelli inorganici.
L’attacco biologico dei materiali cartacei è imputabile soprattutto ad organismi cellulosolitici, in grado cioè di scindere la cellulosa, quali alcuni batteri, tra cui attinomiceti, e funghi. I danni prodotti dalle diverse specie batteriche e fungine variano da fenomeni di erosione alla formazione di macchie e pigmentazioni più o meno rilevanti. Fra queste includiamo anche il fenomeno del foxing, che si manifesta sotto forma di macchie di colore ruggine, con forma e dimensioni variabili, assai frequenti nelle carte antiche: la genesi biologica di questo fenomeno risulta in realtà ancora controversa per la concomitanza di fenomeni degradativi anche di tipo chimico.
FIGURA 7 –Esempio di foxing sulla carta. Non ha effetti sulla struttura del libro, ma può comprometterne la lettura Come per tutti i materiali igroscopici l’attacco biologico è anche funzione dell’umidità relativa ambientale, che determina livelli differenziali di assorbimento di acqua. Quando si determina un contenuto in acqua maggiore del 10%, come spesso avviene a condizioni di UR > 60%, alcune specie fungine riescono a germinare e svilupparsi; valori più elevati sono generalmente richiesti per un attacco batterico e in ogni caso il rischio diventa proporzionalmente maggiore all’aumentare dell’umidità.
Per il legno i processi di degrado biologico dei materiali cellulosici sono gli stessi della carta, anche se, in base alla specie ed al contenuto di lignina2 i microrganismi che possono aggredirlo sono limitati a gruppi di organismi che possiedono complessi enzimatici specifici.
2 La lignina è un pesante e complesso polimero organico costituito principalmente da composti fenolici. Si
trova principalmente nella parete cellulare di alcune cellule vegetali. Le lignine sono per quantità i secondi biopolimeri sintetizzati sulla terra dopo la cellulosa. La biomassa formata tra cellulose e le lignine rappresenta
48 Affinché i microrganismi possano attaccare il legno generalmente si deve realizzare un contenuto di acqua del materiale superiore al 20%. Considerando l’igroscopicità del legno, si devono raggiungere valori di UR superiori al 65-70%, che risultano quindi critici ai fini della sua conservazione. Anche temperature elevate sono generalmente favorevoli per un più rapido sviluppo biologico, tanto che nei climi tropicali il fenomeno risulta di non trascurabile rapidità e rilevanza. L’umidità costantemente elevata resta comunque l’elemento determinante per il manifestarsi dei fenomeni di biodeterioramento del legno che si realizza anche a temperature piuttosto basse.
Per la pergamena o il cuoio invece l’attacco biologico è dovuto essenzialmente a microrganismi dotati di specifici enzimi in grado di attaccare e rompere i legami interni tra le molecole. La degradabilità aumenta a seguito della depolimerizzazione e denaturazione collegata ai processi di fabbricazione, come pure dell’aggiunta di materiali organici. La concia, soprattutto nel caso di trattamenti al cromo, riduce invece il rischio di un attacco biologico.
Volendo invece considerare alcuni materiali inorganici si può dire che la possibilità di sviluppo biologico su questi materiali è condizionata, oltre che da caratteristiche intrinseche dei materiali (natura dei litotipi e loro porosità), soprattutto dalle condizioni espositive e in particolare dall’apporto di acqua. In quanto materiali di natura inorganica, i microrganismi più dannosi sono soprattutto quelli autotrofi, che sono essenzialmente alcuni batteri del ciclo dell’azoto e dello zolfo, cianobatteri, alghe, licheni, muschi e piante superiori. L’attacco da parte di eterotrofi, quali in particolare funghi e attinomiceti, può essere di genesi secondaria, quando risultino presenti sostanze organiche di varia origine e costituzione. L’alterazione indotta dall’attacco biologico varia dalla formazioni di patine, pellicole e incrostazioni superficiali, nel caso di organismi epilitici, a fenomeni di pitting3, esfoliazione, fratturazione, polverizzazione o distacco di parti del substrato. I maggiori rischi si hanno quindi soprattutto in ambienti esterni, ma tali fenomeni non sono del tutto trascurabili in ambienti confinati, soprattutto se umidi e se sono presenti materiali organici aggiunti o provenienti dal contatto con la terra.
FIGURA 8 –Licheni su una statua di pietra
circa il 70% della biomassa totale. La parola lignina proviene dal termine latino lignum, che significa legno e per questo motivo le piante che contengono una grande quantità di lignina sono denominate legnose.
3 Con il termine pitting si indica la comparsa su una superficie di piccoli danneggiamenti superficiali,
prescindendo dalle cause che li hanno prodotti. Il pitting si può innescare sia nei metalli a comportamento elettrochimico attivo quali le leghe ferrose (acciai al carbonio e debolmente legati, ghise) sia per quelli a comportamento passivo come l'acciaio inossidabile, le leghe di rame, le leghe di alluminio, ecc.
49 Anche alcuni metalli possono essere interessati dalla corrosione biologica, normalmente operata soprattutto da alcuni ceppi batterici (es. solfobatteri e ferrobatteri). L’attacco biologico, seppure sia stato dimostrato sperimentalmente, è spesso difficilmente riconoscibile da quello di natura esclusivamente elettrochimica. I meccanismi con cui può avvenire sono il rilascio di specifici prodotti metabolici, in particolare acidi, la formazione di celle di aerazione, con formazione di gradienti di ossigeno, e la formazione di concentrazioni differenziali di elementi chimici, la depolimerizzazione catodica, la rottura di film protettivi e l’utilizzazione di inibitori di corrosione. Infine un appunto particolare va fatto sulle materie plastiche. Queste sono prodotti artificiali costituiti da un polimero o copolimero, chiamato anche resina, a cui spesso vengono aggiunti composti chimici, in percentuali variabili (dall’1 al 50% ed oltre) capaci di conferire caratteri particolari ai prodotti finiti.
Oltre al caso delle pellicole fotografiche, costituite essenzialmente da questo tipo di materiale, le materie plastiche possono essere presenti tra gli elementi costituenti un oggetto di interesse storico-artistico o fra quelli aggiunti per motivi di restauro, come nel caso di materiali utilizzati per la protezione, il consolidamento o l’incollaggio. Nell’esecuzione di opere d’arte moderna e contemporanea non è raro che vengano utilizzati materiali a base di resine acriliche, viniliche o siliconiche, come ad esempio molti pigmenti, elementi di supporto o di decorazione e supporti per il ricollocamento di strappi di affreschi.
Le plastiche e i materiali che le compongono, a causa dell’impatto ambientale che deriva dal loro largo impiego, sono prodotti largamente studiati sotto l’aspetto della stabilità e del loro destino. A questo riguardo le plastiche sebbene non siano generalmente tossiche, sono per lo più resistenti all’attacco microbico e, a causa di una struttura chimica diversa da quella dei composti naturali, più difficilmente vengono completamente degradate dai microrganismi presenti nell’ambiente, con il rischio pertanto di accumulo. Tuttavia anche le materie plastiche possono subire con il passare del tempo trasformazioni chimiche e fisiche dovute all’azione combinata di agenti atmosferici. Inoltre frequentemente si è potuto constatare che in condizioni caldo-umide, particolarmente favorevoli allo sviluppo microbico, questi materiali, soprattutto se a base di carbonio, vengono colonizzati e danneggiati da microrganismi.
Ad esempio nei magazzini dei musei, dove spesso l’ambiente è caratterizzato da condizioni di scarsa ventilazione abbinata ad elevati tenori di umidità e temperatura, è frequente che dipinti moderni presentino alterazioni sotto forma di piccole macchie scure connesse allo sviluppo di funghi. Anche negli ambienti ipogei, particolarmente umidi, spesso l’uso di resine a scopo protettivo su dipinti murali può manifestare attacchi fungini.
Le ricerche sul degrado biologico dei vari materiali sintetici sono nella maggior parte dei casi ancora in corso e nel settore della conservazione delle opere d’arte sono rivolte principalmente allo studio dei materiali proposti per il restauro. Questi studi si propongono di definire la diversa suscettibilità al degrado biologico delle varie categorie di prodotti e di comprendere il tipo di danni che può essere indotto dallo sviluppo microbico alle caratteristiche fisicochimiche delle sostanze. La tabella sottostante riassume quanto descritto fino ad ora, raggruppando, in base a ciascun materiale, i microrganismi che più comunemente sono riconosciuti come causa di alterazione e i danni da essi determinati.
50
MATERIALE GRUPPI DI ORGANISMI DANNI INDOTTI
MATERIALI ORGANICI
CARTA
BATTERI ETEROTROFI EROSIONI, MACCHIE, VARIAZIONI DELLE CARATTERISTICHE MECCANICHE
FUNGHI:ASCOMICETI, DEUTEROMICETI,ZIGOMICETI
EROSIONI, MACCHIE, PIGMENTAZIONI,
VARIAZIONI CARATTERISTICHE MECCANICHE
LEGNO
BATTERI ETEROTROFI EROSIONI, VARIAZIONI CARATTERISTICHE STRUTTURALI E MECCANICHE
FUNGHI:BASIDIOMICETI,ASCOMICETI, DEUTEROMICETI,
CARIE BIANCA, BRUNA E SOFFICE,
VARIAZIONE CARATTERISTICHE
MECCANICHE, PIGMENTAZIONI, MACCHIE
FIBRE DI ORIGINE VEGETALE
BATTERI ETEROTROFI, RARAMENTE ANCHE ATTINOMICETI
EROSIONI, MACCHIE, DECOLORAZIONI,
PERDITA CARATTERISTICHE STRUTTURALI E MECCANICHE
FUNGHI:DEUTEROMICETI, ASCOMICETI,ZIGOMICETI
EROSIONE SUPERFICIALE E PROFONDA,
MACCHIE, DECOLORAZIONI, PERDITA CARATTERISTICHE STRUTTURALI E MECCANICHE
FIBRE DI ORIGINE ANIMALE
BATTERI ETEROTROFI INCLUSI GLI
ATTINOMICETI
MACCHIE, DECOLORAZIONI, EROSIONI,
PERDITA CARATTERISTICHE STRUTTURALI E MECCANICHE
FUNGHI:DEUTEROMICETI MACCHIE, DECOLORAZIONI, EROSIONI, PERDITA CARATTERISTICHE STRUTTURALI
PERGAMENA E CUOIO
BATTERI ETEROTROFI EROSIONI, MACCHIE, PERDITA INTEGRITÀ STRUTTURALE
FUNGHI:DEUTEROMICETI, ASCOMICETI,
EROSIONI, PERDITA INTEGRITÀ STRUTTURALE, RIGIDITÀ, MACCHIE,
DECOLORAZIONI
MATERIALI SINTETICI
BATTERI ETEROTROFI INCLUSI GLI
ATTINOMICETI
VARIAZIONI DELLE CARATTERISTICHE FISICO-CHIMICHE
FUNGHI:ASCOMICETI, DEUTEROMICETI
VARIAZIONI DELLE CARATTERISTICHE FISICO-CHIMICHE, PIGMENTAZIONI,
MACCHIE
MATERIALI INORGANICI
MATERIALI LAPIDEI
BATTERI AUTOTROFI CROSTE NERE, PATINE, ESFOLIAZIONI, POLVERIZZAZIONI
BATTERI ETEROTROFI E ATTINOMICETI CROSTE NERE, PATINE, ESFOLIAZIONI, POLVERIZZAZIONI
FUNGHI:DEUTEROMICETI PATINE, MACCHIE, PITTING
ALGHE: CHLOROPHYCEAE, CIANOBATTERI
PATINE E PELLICOLE DI VARIO COLORE E CONSISTENZA
MUSCHI E PIANTE SUPERIORI INCROSTAZIONI, EROSIONE SUPERFICI, FRATTURAZIONI
VETRO
BATTERI AUTOTROFI EROSIONI, MACCHIE, OPACIZZAZIONI
ALGHE PATINE, EROSIONI
FUNGHI:DEUTEROMICETI EROSIONI, MACCHIE, OPACIZZAZIONI
LICHENI EROSIONI, INCROSTAZIONI, PITTING,
OPACIZZAZIONI, IRIDESCENZA
METALLI BATTERI AUTOTROFI EROSIONI
ALGHE PATINE
TABELLA 3 – Microrganismi riconosciuti come causa di alterazione dei materiali e danni da essi determinati4
4 Da CANEVA G., NUGARI M.P., MAGGI O., 1998: La componente biologica dell’aria come potenziale biodeteriogeno, in Aerobiologia e beni culturali. Metodologie e tecniche di misura. A cura di MANDRIOLI
51
Insetti - Fra i danni di tipo biologico dobbiamo segnalare il danno causato dalla presenza di insetti,
soprattutto per quanto riguarda i beni librari. Gli insetti infatti, come biodeteriogeni hanno un ruolo importante poiché danneggiano soprattutto i materiali cellulosici come le stampe su carta, nutrendosi anche di gelatina, di amido e colle di varia origine.
Gli insetti che più comunemente danneggiano il materiale fotografico e carta sono:
• Tisanuri, tra cui il Lepisma saccharina che si nutre della carta, della gelatina e anche della colla creando piccole erosioni superficiali a contorno irregolare;
• Blattoidei con la Blattella germanica e la Blatta orientalis che creano erosioni superficiali a margini irregolari;
• Psocotteri chiamati comunemente “pidocchi del libro”, con il Liposcelis divinatorius che si nutre di colla e gelatina;
• Coleotteri Dermestidi con il Dermestes maculatus, le cui larve si nutrono di gelatina; i Coleotteri Lictidi, con il Lyctus linearis che occasionalmente danneggia l’emulsione fotografica e i Coleotteri, come il Ptinus fur, la cui larva si nutre di colla e gelatina Una infestazione di un locale adibito a deposito d’archivio, favorita da una grande disponibilità alimentare, è causata principalmente da errate condizioni ambientali di conservazione. Un’umidità relativa dell’aria superiore al 65%, una temperatura superiore ai 20 °C ed una illuminazione inesistente sono, infatti, parametri ambientali che favoriscono un attacco entomologico dei beni conservati. A questo, poi, si possono aggiungere le croniche carenze dei locali, come le finestre non munite di zanzariere a trama fitta che consentono un facile ingresso agli insetti provenienti dall’esterno.
Un’altra causa molto importante d’infestazione è rappresentata dall’acquisizione di nuovi fondi non sottoposti preventivamente al controllo del conservatore d’archivio. È buona norma, infatti, sottoporre il materiale versato ad un controllo in una stanza che può essere definita di “quarantena” dove, il materiale deve essere sottoposto a frequenti ispezioni per individuare quelle tracce (polvere di rosura, resti di insetti, ecc.) che possono indicare un’eventuale infestazione.
La tabella sottostante riassume la casistica di insetti più facilmente riscontrabile, quali materiali attacchino maggiormente ed i danni che provocano su questi.
ORDINE FAMIGLIA MATERIALI DANNEGGIATI DANNO
BLATTOIDEA BLATTELLIDAE CARTA, PERGAMENA, ADESIVI DI ORIGINE ANIMALE E VEGETALE
EROSIONI SUPERFICIALI A CONTORNO IRREGOLARE
THYSANURA LEPISMATIDAE CARTA, ADESIVI DI ORIGINE VEGETALE
EROSIONI SUPERFICIALI A CONTORNO IRREGOLARE, SI DIFFERENZIANO DA QUELLE DELLE BLATTE PERCHÉ PIÙ PICCOLE
ISOPTERA
RHINOTERMITIDAE
KALOTERMITIDAE
TERMITIDAE
CARTA, PERGAMENA, MATERIALI PLASTICI
VORAGINI O EROSIONI ESTESE E PROFONDE, DI FORMA IRREGOLARE
PSOCOPTERA LIPOSCELIDAE CARTA, ADESIVI DI ORIGINE VEGETALE
MINUTISSIME EROSIONI A CONTORNO IRREGOLARE (SI NUTRONO DI FUNGHI PRESENTI SUI MATERIALI)
ANOBIDAE PERGAMENA, ADESIVI DI ORIGINE ANIMALE, MATERIALI PLASTICI
GALLERIE TORTUOSE A SEZIONE CIRCOLARE
COLEOPTERA DERMESTIDAE
PERGAMENA, ADESIVI DI ORIGINE ANIMALE, CARTA, MATERIALI PLASTICI
PERFORAZIONI IRREGOLARI E GALLERIE SUPERFICIALI
LUCTIDAE CARTA, MATERIALI PLASTICI EROSIONI SUPERFICIALI
52 2.4–VALORI DI TEMPERATURA ED UMIDITÀ CONSIGLIATI
In precedenza sono stati mostrati i fattori che interessano da vicino il microclima interno di un ambiente espositivo, o di ambienti di conservazione e sono stati mostrati alcuni limiti di T e UR oltre i quali alcuni agenti, piuttosto che altri, possono portare al danneggiamento ed al degrado dei beni culturali e delle opere d’arte. È perciò fondamentale definire gli intervalli di Temperatura e di Umidità Relativa entro i quali la conservazione dei materiali sia ottimale. La cosa non è cosi semplice come può apparire inizialmente, dato che ogni oggetto ed ogni specifico materiale richiederanno delle condizioni ad hoc per mantenersi e preservarsi al meglio nel tempo, soprattutto se sono esposti al pubblico.
Per altro, quella della conservazione dei beni di interesse artistico, storico e culturale è una disciplina piuttosto recente. Infatti i primi studi significativi in merito si possono far risalire intorno alla metà del secolo scorso. Successivamente, nel corso degli anni, molti altri studi sono stati condotti sui parametri termoigrometrici per la conservazione, ma molto spesso in maniera indipendente, con metodi di non comprovata validità e con risultati che molte volte differivano enormemente da uno studio ad un altro.
Proprio per questo motivo, a partire dagli anni ’80 un gruppo di ricerca operante presso il politecnico di Torino fu incaricato dalla regione Piemonte di definire una metodologia di analisi e valutazione nell’ambiente museale ai fini della programmazione degli interventi di ristrutturazione nelle circa 160 istituzioni museali piemontesi e, basandosi su un’ampia ricerca bibliografica, tale gruppo elaborò un quadro di riferimento circa le più consuete condizioni di conservazione delle collezioni museali.
In particolare furono individuate 87 categorie di oggetti e per ciascuna categoria furono indicati i valori consigliati o riferiti a vari autori per la temperatura, l’umidità relativa dell’aria, (oltre che per l’illuminamento e per la dose di luce).
Lo stesso gruppo di ricerca, nel 1993, intervenne per elaborare il progetto di norma E02.01.304.0 del Comitato Termotecnico Italiano (CTI) “Analisi e valutazione delle condizioni ambientali per la
conservazione di beni di interesse storico e artistico”. In quell’occasione fu proposta una nuova
classificazione degli oggetti museali in 34 categorie, anziché 87. La riduzione del numero delle categorie mirava a semplificare la classificazione stessa, soprattutto in presenza di indicazioni bibliografiche.
Pochi anni dopo furono integrati nello studio anche altri dati reperiti utilizzando le più recenti acquisizioni bibliografiche e, anche considerando che non esisteva in Italia alcuna dettagliata pubblicazione in argomento, fu deciso di rendere noti i metodi di lavoro adottati, i riferimenti bibliografici considerati e gli esiti della ricerca bibliografica compiuta.
I riferimenti bibliografici considerati consistevano, e consistono di fatto tutt’oggi, principalmente in norme, raccomandazioni, rapporti redatti da gruppi di lavoro istituiti in paesi europei ed extraeuropei, nonché contributi di studiosi su riviste specializzate e atti di convegni nazionali ed internazionali. Da oltre un centinaio di questi riferimenti bibliografici a carattere specialistico, pubblicati a partire dal 1962 e fino al 1993, sono stati desunti i valori medi ottimali per la conservazione, con riferimento alle condizioni termoigrometriche dell’aria e alle condizioni di illuminazione per un gran numero di materiali costituenti collezioni museali ed archivistiche. Per dare un esempio del tipo di dati raccolti e della casistica di valori che sono stati riscontrati si riporta la tabella relativa alla categoria comprendente dipinti su tela, pitture ad olio su tela e
canovaccio, tempere, guazzi. Le quattro colonne di valori rappresentano i valori di conservazione
consigliati rispettivamente di Temperatura (T0), Variazione massima di Temperatura (∆Tmax), Umidità Relativa (UR0) e Variazione massima di UR (∆URmax). Nella tabella sono riportate in
53 dettaglio le note di specificazione dei materiali facenti parte delle categorie considerate, gli elenchi per Autore dei riferimenti bibliografici e i valori corrispondenti consigliati.
In alcuni casi i valori indicati sono quelli consigliati direttamente dall’autore in base alla propria esperienza (VC), in altri casi i valori riportati sono quelli riferiti all’autore in quanto consigliati da altri autori (VR- nome autore). In alcuni casi il valore consigliato o riferito dall’autore riguarda uno specifico materiale della categoria (materiale), in altri casi un materiale non espressamente citato nella categoria [materiale].
RIFERIMENTO BIBLIOGRAFICO T0 ∆Tmax UR0 ∆URmax
UNI10829:1999 19-24 1,5 40-55 6
M.BB.CC.2001 19-24 35-60
BACHMANN VC 55-65
BAUMONT-LAURIE VC [GUAZZI] 19-24 35-50 6
BRAWNE VC (PITTURE IN GENERE, DIPINTI) 20 2 53 7
CANEVA-NUGARI-SALVADORI VC 16-18 55-65
COCCITTO VC 45-60
DE GUICHEN VC 50-65
GAMBALUNGA VC (PITTURE SU TELA) 50-65
GRUPPO INDUSTRIALE MARELLI VR PIVA 15-22 50-65
GRUPPO INDUSTRIALE MARELLI VR ICCROM (PITTURE SU TELA) 50-65
HAEDING,DANIELS,FOSTER,
NEWEY, VC 19 2 55-65
ICC/CCI VC 47-53(A) 2
ICCROM VC / VR THOMSON 50-65
ICCROM VC (PITTURE IN GENERE, DIPINTI) 50-65
JOHNSON-HORGAN VR LEISHER 45-60(B)
MASSA-CANEVA VC 16-18 55-65
MC AUSLAND VC 50-60
MINISTÉRE DE LA CULTURE DE
FRANCE VC (PITTURE IN GENERE, DIPINTI) 18-20 50
OFFICINE BREDA VR PIVA 15-22 50-65
REGIONE LOMBARDIA VR ICCROM 55-65
REGIONE PIEMONTE VC 50-65
ROM VC [TEMPERE E GUAZZI] 21-23,5 35-50(C) 6
SANTINI,ROSSI VR KEELY-RAWLINS 17 58
STOLOW VC 40-55
STOLOW VC [PITTURE A OLIO E TEMPERE] 40-55
STOLOW VR BUCK-LEISHER 40-55
THOMPSON VC - VR BOMFORD-DIMOND 20 50-60(D) 10
THOMSON VC (PITTURE IN GENERE, DIPINTI) 55
UNESCO VR KENJO 45-50
WALSTONE VC (PITTURE IN GENERE, DIPINTI) 55
NOTE – (A) più realistico 58% estate e 38% inverno; (B) 50% valore ideale; (C) valori invernale minimo ed estivo massimo; (D) valore consigliato per pitture su cavalletto.
54 Emerge immediatamente che gli intervalli forniti dai vari autori o dai vari istituti discostano talvolta anche in maniera significativa. Inoltre spesso i valori stessi sono riferiti al massimo limite superiore e/o al minimo limite inferiore, o ancora al valore medio tra i due limiti; questo vale soprattutto per l’U.R., mentre per la temperatura c’è leggermente più uniformità, anche se o valori medi in questo caso hanno scarso significato a causa di un numero limitato di suggerimenti e della presenza di un unico valore e non di un intervallo.
Pochi sono invece i valori di variazione di temperatura ed umidità e per di più molto differenti tra loro. Solo pochi autori ne tengono in debita considerazione, anche se da quanto detto sui danni provocati dai parametri termoigrometrici ne risulta chiara l’importanza.
Una volta raccolti i dati sono stati inoltre elaborati diagrammi di frequenza relativa dei valori di umidità consigliati e riferiti dai diversi Autori, evidenziando i valori più significativi che sono stati ripresi poi nella normativa di riferimento.
FIGURA 9 – Diagramma di frequenza relativa dei valori di umidità per dipinti su tela, pitture ad olio su tela e canovaccio, tempere, guazzi
Infatti, da tutto questo enorme lavoro è nata la Norma UNI 10829:1999 “Beni di interesse storico e
artistico- Condizioni ambientali di conservazione” che al momento è quella che si prende come
riferimento. I valori evidenziati sui grafici precedenti indicano quelli scelti come riferimento dalla suddetta norma.
Per i dati completi relativi ad ogni categoria di beni ed i relativi diagrammi di frequenza, non solo di umidità, ma anche di temperatura e illuminamento, si rimanda all’allegato XX.
Di seguito, nella tabella, si riportano tutti i parametri, per le singole categorie di oggetti da conservare, che sono di fatto i valori che andranno adottati nel progetto.
TIPOLOGIA DI MATERIALE PARAMETRI OTTIMALI
T0 ∆Tmax UR0 (1) ∆URmax MATERIALI/OGGETTI DI NATURA ORGANICA
MANUFATTI ARTISTICI DI CARTA, CARTAPESTA, VELINE,
TAPPEZZERIE 18-22
(2) 1,5 40-55 6
TESSUTI VELARI, TENDAGGI, TAPPETI, TAPPEZZERIE IN STOFFA,
ARAZZI, SETA, COSTUMI, ABITI, PARAMENTI RELIGIOSI,
MATERIALI IN FIBRA NATURALE, SISAL, JUTA
19-24 1,5 30-50 6
CERE E CERE ANATOMICHE (3) <18 NR(4) NR NR
ERBARI E COLLEZIONI 21-23 1,5 45-55 2 COLLEZIONI ENTOMOLOGICHE 19-24 1,5 40-60 6 0,0% 0,0% 3,6% 12,7% 20,0% 23,6% 21,8% 16,4% 1,8% 0,0% 0,0% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 25 30 35 40 45 50 55 60 65
55
ANIMALI E ORGANI ANATOMICI CONSERVATI IN FORMALINA 15-25 - NR NR
ANIMALI E ORGANI ANATOMICI ESSICCATI, MUMMIE 21-23 1,5 20-35 -
PELLICCE, PIUME DI ANIMALI ED UCCELLI IMPAGLIATI 4-10 1,5 30-50 5
DISEGNI, ACQUERELLI, PASTELLI E SIMILI SU SUPPORTO
CARTACEO 19-24 1,5 45-60 2
COLLEZIONI ETNOGRAFICHE, MASCHERE, CUOIO, INDUMENTI IN
CUOIO 19-24 1,5 45-60 6
DIPINTI SU TELA, PITTURE A OLIO SU TELA E CANOVACCIO,
TEMPERE, GUAZZI 19-24 1,5 40-55 6
DOCUMENTI ARCHIVISTICI SU CARTA O PERGAMENA, PAPIRI,
MANOSCRITTI, VOLUMI A STAMPA, COLLEZIONI FILATELICHE 13-18 - 50-60 5
LEGATURE DI LIBRI CON PELLE O PERGAMENA 19-24 1,5 45-55 6
LACCHE, MOBILI INTARSIATI, DECORATI O LACCATI 19-24 1,5 50-60 4
SCULTURE POLICROME DI LEGNO, LEGNO DIPINTO, PITTURE SU LEGNO, ICONE, PENDOLE IN LEGNO, STRUMENTI MUSICALI DI LEGNO
19-24 1,5 50-60 4
SCULTURE IN LEGNO NON DIPINTE, OGGETTI IN VIMINI,
PANNELLI DI LEGNO O CORTECCIA 19-24 1,5 45-60 4
MATERIALI/OGGETTIDINATURAINORGANICA PORCELLANE, CERAMICHE, GRES, TERRACOTTA, TEGOLE NON DA
SCAVO E DA SCAVO SE DEMINERALIZZATE NR - NR 10
PIETRE, ROCCE, MINERALI, METEORITI (POROSI) STABILI 19-24 - 40-60 6 MOSAICI DI PIETRE, PIETRE, ROCCE, MINERALI, METEORITI (NON
POROSI), FOSSILI E COLLEZIONI DI PIETRE (5) 15-25 - 20-60 10
METALLI, METALLI LEVIGATI, LEGHE METALLICHE, ARGENTI,
ARMATURE, ARMI, BRONZI, MONETE, OGGETTI IN RAME,
STAGNO, FERRO, ACCIAIO, PIOMBO, PELTRI (6)
NR - <50 -
METALLI CON SITI DI CORROSIONE ATTIVI NR - <40 -
ORI NR - NR -
GESSO 21-23 1,5 45-55 2
VETRI INSTABILI, IRIDESCENTI, SENSIBILI, MOSAICI IN VETRO
SENSIBILI 20-24 1,5 40-45 -
OGGETTIMISTI
PITTURA MURALE, AFFRESCHI, SINOPIE (STACCATE) 10-24 - 55-65 -
PITTURE MURALI A SECCO (STACCATE) 10-24 - 45-50 -
AVORI, CORNA, COLLEZIONI MALACOLOGICHE, UOVA, NIDI,
CORALLI 19-24 1,5 40-60 6
DISCHI FONOGRAFICI 10-21 - 40-55 2
FIBRE SINTETICHE 19-24 - 40-60 -
FILM, FOTOGRAFIE A COLORI 0-15 - 30-45 -
FILM, FOTOGRAFIE IN BIANCO E NERO 0-15 - 30-45 -
NASTRI MAGNETICI (ESCUSI NASTRI PER PC E VIDEOTAPE) 5-15 - 40-60 -
OGGETTI DI MATERIALI ORGANICI PROVENIENTI DA ZONE DI
SCAVO UMIDE <4 -
IN ARIA
SATURA -
MATERIE PLASTICHE 19-24 - 30-50 -
Note - (1)Adottare un valore possibilmente fisso scelto tra gli estremi; (2)Nel caso di materiale in tensione sono da preferirsi i valori di umidità; (3) Nel caso di cere supportate, fare riferimento alle indicazioni relative;(4)NR = Non rilevante; (5)Valori di umidità relativa molto specifici (dipende dai campioni); (6)Nel caso di oggetti costituiti da parti metalliche diverse tra loro saldate, oscillazioni di temperatura possono produrre effetti dannosi.
56 Inoltre bisogna tener conto che, in un museo, generalmente è difficile che vi sia esposta una sola categoria di materiale e questo sicuramente comporta un’attenzione maggiore nella scelta dei parametri da mantenere nell’ambiente. Sarà necessario studiare attentamente tutte le collezioni che si desiderano esporre o conservare e di conseguenza individuare le condizioni ideali corrispondenti. Si possono tuttavia fare delle considerazioni di carattere generale, che valgono sempre. Infatti appare evidente che vi sia un pericolo se l’umidità sale oltre il 70%. Alcuni più cauti portano il limite al 65%. Valori superiori possono favorire notevolmente la crescita delle muffe, il cui limite dipende anche dal ricambio dell’aria e dalla temperatura. Le condizioni termoigrometriche di benessere chimico-fisico dei materiali non sempre infatti coincidono con quelle consigliate per la prevenzione da attacchi microbiologici.
Per quanto riguarda gli attacchi entomologici, dovuti ad insetti risultano invece del tutto insufficienti gli interventi sui parametri microclimatici, a mano che non si raggiungano valori di temperatura ed umidità relativa incompatibili con il benessere sia della maggior parte dei materiali, che dell’uomo.
Il limite inferiore può esser dato invece dall’infragilimento, dalla crepatura o dalla rottura delle fibre. Questo è un pericolo per il legno, le ossa, i vimini, per i libri rilegati in cuoio, quando si scende sotto al 40% di UR. La carta utilizzata per i libri diventa molto fragile e facilmente danneggiabile a questi livelli. Si può osservare che carta e tessili sembrino perfettamente utilizzabili in condizioni secche, ma questo non lo si può affermare con altrettanta facilità per quanto riguarda i materiali che hanno una certa età. Comunque sia si preferisce porre il limite inferiore intorno al 45% di UR, con l’accortezza di non farlo mai scendere al di sotto del 40%.
All’interno di questi limiti la scelta è solo su come mantenere queste condizioni durante l’anno, di giorno e di notte, d’estate e d’inverno, tenendo presente che, in generale, a valori intermedi di umidità relativa possono essere tollerate più ampie variazioni temporali della stessa.
È opportuno sottolineare che talvolta i materiali costituenti oggetti museali possono anche adattarsi, con il tempo, a condizioni microclimatiche non di benessere. In questi casi, per evitare rischi di grave degrado, può essere più opportuno mantenere tali condizioni piuttosto che realizzare nell’ambiente di conservazione le condizioni teoricamente ottimali per quel determinato materiale e/o oggetto. Per proporre un valore di UR è indispensabile infatti tenere conto anche dei seguenti fattori: l’invecchiamento e gli eventuali trattamenti subiti dai materiali prima della lavorazione, le condizioni ambientali alle quali il manufatto è stato sottoposto nel corso del tempo, le eventuali situazioni di sollecitazione meccanica a cui è soggetto.
57 3 - L’ILLUMINAZIONE
In un museo gli oggetti di interesse storico e culturale sono esposti affinché il visitatore possa godere della loro bellezza. Se non offrisse alla vista i propri tesori probabilmente non verrebbe considerato tale, bensì un luogo di studio, o di ricerca, frequentato da pochi esperti o specialisti. Giudicando dal successo di massa che molte esposizioni riscontrano ai giorni nostri, si potrebbe dire che il mostrare le opere d’arte sia il compito principale di ogni istituzione, ma in realtà l’esigenza di tutelare il bene artistico è sempre ben presente, perché il principio della protezione/conservazione è un ruolo fondamentale.
È evidente, dunque, che qualsiasi tipo o modalità di esposizione debba accordarsi con la conservazione.
Qui entra pesantemente in gioco l’illuminazione delle opere d’arte: la luce, sia essa artificiale o naturale, è sì il veicolo determinante per garantire la visione, ma anche energia in grado di procurare nel tempo seri danneggiamenti.
3.1- LA LUCE
Definire cosa sia la luce non è così semplice ed immediato come può apparentemente sembrare. Molti studi e molti esperimenti sono stati fatti per comprendere al meglio la natura della luce stessa. La teoria moderna sostiene comunque che la luce possegga una duplice natura: ondulatoria e particellare.
Se si fa riferimento all’aspetto ondulatorio, con il termine luce (dal latino lux) si indica, nello specifico, quella parte dell’radiazione elettromagnetica5 che risulta visibile all’occhio umano, cioè quella parte approssimativamente compresa tra 400 e 700 nanometri (nm) di lunghezza d'onda. La lunghezza d’onda ( ) è data dalla formula seguente:
= /
Dove rappresenta la velocità della luce nel vuoto (pari a 300.000 km/s) e la frequenza con cui l’onda si propaga.
L’intervallo 400-700 nm coincide per l’appunto con il centro della regione spettrale della luce emessa dal Sole che riesce ad arrivare al suolo attraverso l'atmosfera. La presenza contemporanea di tutte le lunghezze d'onda visibili forma poi la luce bianca.
La radiazione proveniente da una sorgente di luce bianca, come appunto quella del sole durante il giorno, ma anche come quella di alcuni tipi di lampade artificiali, può essere scissa, attraverso un prisma, nei vari colori dell’arcobaleno, attraverso una deviazione dipendente dalla lunghezza d'onda della luce interessata; così un raggio di luce violetta, ad esempio, subisce una deviazione maggiore rispetto a un raggio di luce rossa.
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La radiazione elettromagnetica è un fenomeno ondulatorio in propagazione, i cui parametri tipici sono la frequenza (e inversamente la lunghezza d'onda), il vettore d'onda, la velocità di propagazione e l'energia associata all'onda. La gamma di frequenze possibili è estesa tra 0 ed infinito, e viene detta spettro elettromagnetico.
58 FIGURA 10 – Luce bianca che viene riflessa dal prisma
In riferimento alle lunghezze d’onda, il limite dello spettro visibile, dalla parte del rosso è di 760 nm, sebbene il rosso oltre 700 nm sia appena visibile. Al di là di questo limite la radiazione si chiama infrarossa.
Il limite superiore per gli IR generalmente viene fatto coincidere con quello dell’ultima frequenza di onda radio, ovvero 1mm, anche se la cosa ha poca importanza per quanto riguarda questo lavoro. Dalla parte opposta del campo della luce visibile c’è invece la radiazione ultravioletta, la quale, diversamente dalla radiazione IR, è limitata all’interno di un intervallo, che nelle sorgenti luminose che consideriamo, va generalmente da 300 a 400 nm.
Dal punto di vista dell’esposizione non c’è una linea divisoria che distingua la radiazione viola dalla UV, o la rossa dall’IR. Il limite dei 400 nm è dato dal limite fisico dell’occhio che non è in grado di percepire oltre date lunghezze d’onda. Il limite dei 300 nm è dato invece dallo spettro luminoso della luce solare. Lunghezze d’onda oltre i 300 nm non riescono infatti a oltrepassare l’atmosfera terrestre.
FIGURA 11 – Lo spettro elettromagnetico: insieme di tutte le onde elettromagnetiche
Riferendoci alla natura corpuscolare della radiazione luminosa, va sottolineato come questa caratteristica sia molto importante nei processi di danneggiamento delle opere esposte alla luce, che vedremo nei prossimi paragrafi. Infatti l'avvento della meccanica quantistica, agli inizi del XX secolo, ha permesso di capire che la luce possiede anche proprietà tipiche delle particelle. La fisica moderna ci dice infatti che l’energia trasportata dalla luce è composta da unità minime inscindibili
