Radiation Effects, Aging & Image Formation ( Shroud.com ; Barrie Schwortz )

2005 – LE SUAIRE DE TURIN :EFFETS DE RAYONNEMENT, VIEILLISSEMENT ET FORMATION DE L’IMAGE

Par
Raymond N. Rogers
Fellow
Université de Californie,
Laboratoire National de Los Alamos

©2005 Tous droits réservés

Résumé
De nombreuses affirmations ont été faites selon lesquelles une forme de rayonnement est « la seule manière » dont l’image sur le Suaire de Turin aurait pu être produite. Cette étude examine les effets produits par différents types de rayonnement interagissant avec des fibres de lin. Des comparaisons sont faites entre des fibres d’image et des fibres non-image. Il est conclu que l’image n’a pas pu impliquer un rayonnement énergétique de quelque nature que ce soit : photons, électrons, protons, particules alpha ou neutrons.

La science devrait procéder par le développement d’hypothèses pour expliquer les problèmes, et les hypothèses devraient toutes être rigoureusement testées contre les mêmes observations, faits et lois de la nature. Lorsque les lois ou observations naturelles contredisent un élément critique d’une hypothèse, celle-ci doit être rejetée. De nombreuses hypothèses hautement improbables (souvent appelées « théories ») ont été proposées pour la formation de l’image sur le Suaire de Turin (1). Beaucoup de ces « théories » impliquent une sorte de rayonnement énergétique. Cette étude examine les interactions du rayonnement avec les fibres de lin.

Les fibres de lin qui ont servi à produire le tissu à partir duquel le suaire a été tissé sont presque de la cellulose pure. La cellulose est un polymère d’unités de glucose liées en chaînes très longues. La plupart du polymère apparaît sous forme cristalline, mais une partie est amorphe. Les deux types de polymères réagissent de manières différentes (2). La partie amorphe est bien moins stable que la partie cristalline ; cependant, les cristaux soumis au rayonnement et/ou à la chaleur subissent des changements spécifiques dans leur structure cristalline et leur composition. Dans les fibres de lin, tout photon ou particule avec une énergie d’environ 3 eV (par ex., lumière avec une longueur d’onde plus courte que le vert) peut directement briser quelques liaisons dans les chaînes de polymères cristallisées. Ces processus produisent des radicaux libres et une distorsion dans le cristal.

Dans un matériau cristallin, les liaisons rompues peuvent rester rompues pendant longtemps, jusqu’à ce qu’elles puissent se recombiner avec une certaine réaction. Les liaisons rompues sont appelées « radicaux libres ». Ils causent une tension considérable dans le cristal. Même lorsqu’ils se recombinent avec une autre partie de la chaîne de cellulose, le cristal peut ne pas revenir à sa structure d’origine, et rester contraint à l’emplacement du défaut. Cela modifie la biréfringence du cristal, et nous pouvons observer l’effet avec un microscope polarisant.

L’effet le plus important de toute radiation est de produire de la chaleur. Feller décrit l’irradiation comme suit (3) : « … l’étape primaire en photochimie est l’absorption de radiation suivie de la dissipation de cette énergie par la chaleur, l’émission de radiation (fluorescence ou phosphorescence), le transfert d’énergie à une autre entité moléculaire, ou la rupture directe de liaisons. » Cependant, les particules ionisantes peuvent laisser des « traces ioniques » à travers les cristaux organiques. Ce sont des sites tendus, désordonnés, qui sont plus réactifs que la fibre d’origine.

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Les cristaux des fibres de lin sont « biréfringents » ; c’est-à-dire que la vitesse de la lumière y est différente selon les directions. Les cristaux montrent une biréfringence entre des polariseurs croisés : ils apparaissent brillants et colorés dans certaines orientations et sombres dans d’autres (Fig. 1). Lorsque les axes des cristaux sont parallèles aux plans de polarisation, les cristaux sont sombres. Nous disons alors qu’ils sont « en extinction ». Un cristal de cellulose parfait dans une fibre de lin fraîchement filée est parfaitement noir lorsque la platine d’un microscope pétrographique est tournée pour aligner les cristaux avec les polariseurs. Un cristal présentant des imperfections comme les traces ioniques montre une biréfringence à l’emplacement des défauts. Toutes les tensions peuvent être observées avec un microscope pétrographique.

L’environnement à la surface de la Terre est continuellement bombardé par une quantité importante de rayonnement naturel. Une fraction relativement faible de ce rayonnement est constituée de rayons cosmiques ; la plupart provient du rayonnement terrestre naturel. Les rayons cosmiques primaires sont très énergétiques, mais très peu atteignent la Terre. Ils interagissent avec l’atmosphère pour produire une pluie de rayons cosmiques secondaires. La plupart des rayons cosmiques secondaires atteignant la surface de la Terre sont des muons ; cependant, ils ne produisent pas d’effets significatifs dans la matière. Certains rayons cosmiques secondaires peuvent affecter la matière. Parmi les particules énergétiques ionisantes, environ 85 % sont des protons (noyaux d’hydrogène) et 12 % sont des particules alpha (noyaux d’hélium). La plus grande quantité de rayonnement naturel est constituée de particules alpha provenant du radon (Rn). Le radon est produit par la désintégration radioactive du thorium naturellement présent (dans les roches et le sol). C’est un gaz lourd, inerte, et il s’accumule dans les espaces bas des bâtiments. Il peut facilement se diffuser dans des contenants de stockage fermés comme le reliquaire qui a été utilisé pour le Suaire de Turin. Les particules alpha sont extrêmement efficaces pour provoquer des défauts dans les matériaux, mais elles ne pénètrent pas très loin

ni dans les gaz ni dans les solides. Seuls les atomes de radon (Rn) à proximité d’une fibre lorsqu’ils se désintègrent auront un effet sur la cellulose.

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Une fibre de lin intègre les défauts en fonction du temps. Elle possède des propriétés similaires à celles des dosimètres utilisés dans les laboratoires nucléaires et de rayons X. D’autres linges ont été bombardés par plusieurs types de rayonnements, et ils tendent à contenir plus de défauts que ceux jamais exposés. Différents types de défauts sont produits par les différents types de rayonnement. La lumière et la chaleur produisent également des défauts caractéristiques. La figure 1 montre certaines fibres de lin modernes qui n’ont pas été endommagées par un quelconque type de rayonnement ionisant, de lumière ou de chaleur. La figure 2 montre une fibre moderne qui a été irradiée avec des protons à une énergie d’environ 1,4 MeV (4). Les traces ioniques rectilignes traversant la fibre peuvent facilement être vues.

Comme c’est un gaz, la source probable de la plupart des radiations qui pourraient affecter le suaire est le radon. Il a une demi-vie de 55,6 secondes et émet une particule alpha de 6,28 MeV lorsqu’il se désintègre en polonium. Cela pénètre sur environ 4 micromètres dans une fibre de lin.

Afin de démontrer les effets des radiations de différentes sortes, il est nécessaire de disposer d’une source d’activité connue. De telles sources sont très difficiles à obtenir selon les lois actuelles ; cependant, Robert Villareal (Laboratoire National de Los Alamos) a observé que les manchons de lampe Coleman anciens étaient traités au thorium. Il en a trouvé un inutilisé, et nous avons irradié du lin non contraint (figure 1) avec cette source de radiation. Les propriétés mesurées étaient les suivantes : 20 000 particules alpha par minute à la surface, 120 000 particules bêta par minute à la surface, et environ 1,5 mR/h de rayons gamma à la surface. Les figures 3 et 4 montrent les effets sur le lin.

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Un certain « brouillard » de fond peut être observé assez rapidement après le début de l’irradiation. L’effet est facilement visible après 92,25 heures (figure 3). Il résulte de l’irradiation gamma. Quelques traces bêta très faibles peuvent être vues ; cependant, les défauts brillants sont le résultat des particules alpha. Ils mesurent environ 4 micromètres de long.

La figure 4 montre une biréfringence beaucoup plus générale due à l’irradiation gamma. Elle montre également plusieurs autres traces alpha. Rappelez-vous que les traces proviennent de plusieurs directions, et que nous ne voyons que celles qui sont suffisamment longues pour être résolues.

La figure 5 montre une fibre de lin très ancienne. L’arrière-plan est biréfringent en raison du rayonnement électromagnétique (lumière et rayons gamma provenant du rayonnement cosmique), et il y a de nombreuses cavités qui semblent causées par le recuit des défauts dus au rayonnement ionisant. Les défauts ont eu suffisamment de temps pour que les radicaux libres se recombinent ou se décomposent. Les défauts sont des « zones à haute énergie libre », et ils se décomposent beaucoup plus rapidement que les cristaux normaux. Les défauts seraient fortement biréfringents dans des échantillons plus récents. Les points brillants sont des nœuds de croissance.

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La figure 6 montre une fibre provenant de la toile de Hollande servant de doublure au suaire (avant 2002, date à laquelle une nouvelle toile a été substituée). Elle a été produite entre environ 1532 apr. J.-C. et 1534 apr. J.-C. Bon nombre des défauts sont encore fortement biréfringents. Il faut beaucoup de temps pour que les contraintes se relâchent.

Au premier abord, il semblait logique d’utiliser les populations de défauts pour estimer l’âge d’un tissu de lin. Malheureusement, les conditions de stockage varient fortement selon les lieux. Certains échantillons ont été exposés à plus de particules alpha que d’autres, parce que les bâtiments dans lesquels ils étaient entreposés contenaient davantage de radon. Pourtant, les grands bâtiments en pierre qui produisent beaucoup de radon protègent également le tissu contre les rayons cosmiques secondaires. Je n’ai pas encore été en mesure de déterminer l’âge plus précisément qu’« ancien » ou « jeune ». Les observations de fibres provenant du Suaire de Turin (figure 7) indiquent qu’il est assez ancien, similaire aux fibres de lin provenant des manuscrits de la mer Morte (datés d’environ 70 apr. J.-C.). Là encore, plusieurs « défauts sombres » peuvent être observés, que je commence à interpréter comme indiquant un âge avancé. Les défauts courts et brillants ont probablement été produits par des particules alpha plus récentes.

Bien que les tentatives d’utiliser les types de défauts et/ou leurs populations pour la datation aient été décevantes, elles peuvent être utilisées pour comparer différentes zones du même tissu. Toutes les parties du suaire ont le même âge, et toutes les parties ont été conservées au même endroit au fil des siècles. Par conséquent, toutes les parties auraient dû être exposées aux mêmes types et quantités de radiation. Tout effet de radiation supplémentaire observé dans les zones portant l’image indiquerait une radiation excessive à cet endroit.

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Des comparaisons directes entre les parties à image et les parties sans image du suaire montrent exactement les mêmes quantités et types de dommages dus à la radiation dans les deux types de zones (par ex., figures 7 et 8). Cela suggère que l’image n’a pas été produite par un quelconque mécanisme impliquant de la chaleur, de la lumière ou un rayonnement ionisant.

Les photomicrographies ne racontent pas toute l’histoire : on apprend davantage par une observation dynamique au microscope. Différents détails peuvent être mis en évidence selon les milieux de montage, les systèmes d’éclairage, les degrés de polarisation et la mise au point.

Bien que les neutrons ne soient pas un rayonnement ionisant, lorsqu’ils frappent un proton dans un matériau organique, ils produisent un « proton de recul ». Ces protons sont des particules ionisantes, et ils peuvent être observés. La figure 9 montre une fibre irradiée par des neutrons provenant d’une momie égyptienne. Lorsque l’on regarde de très près, on peut voir quelques courtes traces faibles de protons de recul au centre de la fibre. De telles caractéristiques sont extrêmement rares dans les fibres du suaire.

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La figure 10 montre des fibres provenant d’un lin algérien qui a été produit vers 1890 apr. J.-C. Elles peuvent être comparées à celles de la figure 1. Elles montrent des défauts dus au filage et au tissage mécaniques ainsi qu’un certain brouillard électromagnétique. Le tissu était très souple, et il semble avoir été lavé de nombreuses fois. Il a peut-être été repassé, mais il a presque certainement été séché au soleil. Le lin moderne peut être assez facilement différencié du lin ancien.

Quelle que soit la cause de l’image sur le suaire, elle n’a pas affecté la cristallinité des fibres de lin. La formation de l’image n’a impliqué aucun type d’échauffement intense, de rayonnement ou de contrainte dépassant les mécanismes normaux de traitement du matériau.

La formation de l’image s’est produite à des températures normales. La formation de la couleur de l’image ne nécessitait pas de neutrons, protons, photons à haute énergie ou mésons. Je ne peux pas exclure un chauffage doux très localisé qui n’aurait pas affecté les cristaux de cellulose, mais qui aurait pu modifier des impuretés moins stables ; cependant, il aurait fallu un temps de chauffage considérable pour colorer les impuretés les moins stables qui ont été trouvées sur le suaire. Tout événement de chauffage n’aurait pas non plus pu être accompagné de rayonnement électromagnétique énergétique, comme c’est le cas avec les décharges de plasma ou de couronne.

Une hypothèse pour la formation de l’image qui revient souvent implique une décharge de couronne. Dans toute investigation scientifique, il est impératif de commencer par une formulation claire et succincte de l’hypothèse. Je n’en ai pas vu une seule pour cette hypothèse ; par conséquent, j’ai extrait les énoncés suivants de la correspondance :

1. Une tension d’une ampleur suffisante pour produire une décharge de couronne dans l’air a été produite dans le corps de Jésus à un moment donné pendant qu’il était dans le tombeau et couvert du Suaire.
2. La décharge de couronne n’était pas suffisamment intense pour oxyder une quantité significative de tissu, et la différence de potentiel n’était pas assez grande pour produire des étincelles ou des arcs.
3. La couronne a « activé » la surface de sorte que le vieillissement (et/ou le chauffage) a produit une couleur.

Une haute tension est nécessaire pour ioniser l’air et produire une décharge de couronne. Une décharge de couronne est un type de plasma. Une hypothèse est que la tension ionisante serait apparue au moment de la résurrection, prouvant ainsi la nature miraculeuse de l’événement. Il a aussi été suggéré que la tension aurait été produite par l’effet piézoélectrique durant un tremblement de terre, bien que les connexions électriques entre le corps et la zone de glissement n’aient jamais été élucidées. Quelle que soit la source de la tension, une décharge de couronne (ou un plasma) produira des effets spécifiques sur et dans le lin. Si ces effets ne sont pas observés, cette hypothèse de formation de l’image doit être rejetée.

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Pour que le corps atteigne une haute tension, il ne doit pas être mis à la terre. Comme il n’existe pas d’isolant parfait, les matériaux en contact adoptent le même potentiel. Sans différence de potentiel, l’ionisation est impossible.

Lors d’une décharge de couronne, l’air est ionisé dans un champ électrique élevé pour produire des électrons libres et des ions chargés positivement. Le plasma est neutre ; le nombre d’électrons est le même que celui des charges positives sur les ions. Ni les électrons ni les ions positifs n’atteignent des vitesses comme celles des particules bêta ou des fragments de fission. Ils ne deviennent pas des particules pénétrantes et ionisantes.

Lorsque les électrons se recombinent avec les ions, de la lumière est émise. Parmi d’autres choses, une décharge de couronne (plasma) produit de la lumière ultraviolette énergétique. L’énergie prédominante produite par une décharge de couronne, qui serait censée produire des zones à haute énergie libre dans la cellulose ou les impuretés à sa surface, est son rayonnement UV. Les couleurs se forment à la suite de réactions chimiques dans des zones à haute énergie libre.

Tout plasma de couronne dans l’air produira de l’oxygène atomique et des molécules d’oxygène excitées : les deux oxyderont le matériau du tissu. Un tel procédé est utilisé dans l’industrie textile commerciale. Si l’intensité ou la durée est suffisante, un plasma dans l’air peut entièrement consumer un échantillon de lin. Même une courte exposition érodera la surface des fibres de lin.

Quelques expériences contrôlées corona/plasma ont été menées par APJet de Santa Fe, Nouveau-Mexique, un fabricant d’équipements pour le traitement textile au plasma. Le plasma a été produit à 27 MHz dans une atmosphère contenant 1 % d’oxygène. Les conditions ont été modifiées par rapport à celles d’un air normal afin d’éviter les étincelles et de ralentir le taux d’érosion du lin ; sinon, le tissu aurait été fortement endommagé. Ce fait doit être pris en compte lorsqu’on avance des affirmations sur les effets du plasma de couronne dans la formation de l’image. La buse à plasma a été refroidie, et la température du plasma n’était que de 85 °C. La tension du plasma était de 220 V. La buse mesurait 6 mm de diamètre, et le tissu se trouvait à 4 mm de la pointe de la buse. L’exposition a duré 30 secondes, produisant environ 10¹⁹ atomes d’oxygène libre. Aucune étincelle ni arc n’a été formé. L’échantillon de lin a été produit par Kate Edgerton (Norwalk, Connecticut, décédée), selon les méthodes utilisées au Proche-Orient à l’époque romaine.

La texture du tissu a été enlevée dans la zone soumise au plasma. Les fibres ont été oxydées sans noircissement par les atomes et les molécules d’oxygène énergétiques, même si la température n’était pas suffisamment élevée pour déshydrater et colorer la cellulose. Le plasma électriquement neutre a complètement pénétré les pores du tissu. Comme le plasma est neutre, il ne charge pas la surface d’un isolant, se reproduisant finalement lui-même, comme le fait un faisceau d’électrons. Il pénètre dans toute la structure interne. Il faut rappeler que la couleur de l’image sur le Suaire de Turin ne se trouve pas dans les pores du tissu.

Les deux effets de l’érosion de surface et des défauts cristallins causés par l’irradiation ultraviolette peuvent être observés au microscope pétrographique (figures 11 et 12).

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Il est clair qu’une décharge de couronne (plasma) dans l’air provoque des changements facilement observables dans un échantillon de lin. Aucun de ces effets ne peut être observé dans les fibres portant l’image du Suaire de Turin. Les décharges de couronne et/ou les plasmas n’ont apporté aucune contribution à la formation de l’image.

Je crois que les preuves actuelles suggèrent que toutes les hypothèses de formation de l’image fondées sur le rayonnement seront finalement rejetées.

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Remerciements :
Les échantillons de lin irradiés par neutrons ont été produits par Mario Moroni. Les échantillons irradiés par protons ont été produits par Jean-Baptiste Rinaudo. Les échantillons de 1890 apr. J.-C. ont été fournis par Marcel Alonso. L’échantillon égyptien a été fourni par le Musée d’égyptologie de Turin. Le lin de type primitif traité au plasma a été traité au plasma par APJet de Santa Fe, Nouveau-Mexique, USA.

Références :
(1) Antonacci, Mark, The Resurrection of the Shroud, M. Evans and Co., Inc. New York, NY, 2000.
(2) Peters, R. H. et Still, R. H., « Some aspects of the degradation behavior of polymers used in textile applications », Applied Fibre Science, Vol. 2. F. Happé, éd., New York, Academic Press 231–427 (1979).
(3) Feller, Robert L., Accelerated aging: photochemical and thermal aspects, The J. Paul Getty Trust, 1994, 292 pages, p. 54.
(4) Rinaudo, J., « Protonic Model of Image Formation », Third International Congress on the Shroud of Turin, Turin, Italie, 5–7 juin 1998.