Propriétés spectrales du Suaire de Turin

S. F. Pellicori

Pellicori, S. F. (1980). Spectral properties of the Shroud of Turin. Applied Optics, 19(12), 1913-1920. https://www.shroud.com/pdfs/Spectral%20Properties%20Pellicori%201980%20OCRsm.pdf

Reproduit de Applied Optics, Vol. 19, 15 juin 1980 Pages 1913 à 1920
Copyright © 1980 par l’Optical Society of America et reproduit avec la permission du détenteur des droits d’auteur.

Propriétés spectrales du Suaire de Turin

S. F. Pellicori

Les résultats spectrophotométriques de l’investigation de 1978 sur le Suaire de Turin sont présentés. Les objectifs de l’étude étaient de caractériser spectralement l’image corporelle dans une région s’étendant du proche UV au proche IR, de déterminer si les taches de sang sont réellement du sang, et de recommander des paramètres de stockage afin d’empêcher une dégradation future de l’image.

Les zones tachées de sang présentent les caractéristiques spectrales de l’hémoglobine humaine. L’image montre une absorption croissante (sans particularité) de manière monotone lorsque la longueur d’onde décroît. Le contraste est faible : R(550 nm) = 0,85 de celui du lin d’arrière-plan. Le vieillissement simulé par cuisson à l’air a reproduit la couleur du lin d’arrière-plan.

Simultanément, un dépôt invisible de sueur combinée à des huiles cutanées est devenu visible et a affiché un spectre de réflectance ressemblant étroitement à celui de l’image corporelle. Les zones légèrement brûlées du Suaire sont également quelque peu similaires sur le plan spectral, suggérant qu’une chimie résultante similaire est possible pour des causes différentes.

Une cause probable de l’image corporelle est la dégradation de la cellulose, stimulée localement par des substances naturelles ou appliquées, transférées sur le Suaire.

I. Introduction

Le Suaire de Turin est une relique d’environ ~4,3 × 1,1 m, connue pour avoir au moins 600 ans. Sur le lin apparaissent de faibles images frontale et dorsale en taille réelle d’un homme. De plus, on distingue des marques ressemblant à des taches de sang et à des traces d’eau.¹²
L’auteur faisait partie d’un groupe d’enquêteurs et d’assistants autorisés à collecter des données entre les longueurs d’onde du proche rayonnement X et du moyen infrarouge, en octobre 1978.
Les objectifs des mesures non destructives et des analyses subséquentes étaient de déterminer le mécanisme d’enregistrement de l’image, de vérifier si les taches de sang sont réellement du sang, et de caractériser ces taches à des fins de préservation.

Au cours de son histoire traçable, le Suaire a été vénéré par ceux qui croyaient qu’il s’agissait de celui de Jésus de Nazareth, et dénoncé par d’autres comme une fraude. Sa découverte célèbre a été réalisée autour du tournant du siècle, concernant l’imagerie.
Lors de la photographie courante par Pia², il fut noté que le négatif montrait une image plus naturelle, en apparence physique, que le positif. Ainsi, il fut conclu que l’image du Suaire peut être décrite comme un négatif au sens photographique.
Plus récemment,³ il a été suggéré que la densité de l’image à n’importe quel point sur le Suaire pourrait être liée à la distance entre ce point et une source (le corps).
En d’autres termes, l’information tridimensionnelle est codée de telle manière qu’un balayage de densité associé à une caractéristique corporelle permet d’en reproduire le contour (par exemple les doigts ou le nez).
La plus petite caractéristique discernable est de 0,5 cm.
On sait également que l’image présente une uniformité spatiale en couleur et en densité malgré sa proximité avec des zones brûlées ou mouillées.
Une grande partie du mystère associé au Suaire est liée au mécanisme de formation de l’image, qui demeure inconnu, ainsi qu’à la détermination du fait de savoir si les taches de sang présumées sont réellement du sang humain.

Une précédente investigation scientifique (la seule autre étude permise), en 1969, incluait photographie, comparaisons textiles, hématologie et microscopie optique.
L’investigation de 1978 a tiré profit des études antérieures, mais a utilisé une base technologique améliorée pour un ensemble plus définitif de mesures.

II. Expériences à Turin

Des mesures en réflectance ultraviolette, des photographies en fluorescence, ainsi que des photographies en bande étroite et en bande large dans le visible ont été réalisées à des fins de traitement et d’analyse d’image, et sont rapportées ailleurs.⁴⁵
Le contraste de l’image est faible, aussi des filtres ont été choisis afin de définir spectralement la région de contraste maximal. Un exemple parmi de nombreuses photographies filtrées (bleues) est présenté en fig. 1.
La réflectance spectrale photoélectrique en ultraviolet et dans le visible est rapportée ici ; la fluorescence est rapportée ailleurs.⁶
La photomicrographie est présentée dans une autre publication.⁷
La thermographie infrarouge dans les bandes 3–5 µm et 8–14 µm est rapportée dans un autre article.⁸

Les observations éliminent la possibilité que l’image corporelle soit due à des pigments ou à des colorants appliqués sur le lin.

Fig. 1.
Image inversée d’une portion du Suaire.
Photographie prise à travers un filtre passe-bande de 370–500 nm, avec des flashs au xénon. Le contraste maximal est obtenu à ces courtes longueurs d’onde, entre l’image de couleur sépia/paille et le lin d’arrière-plan teinté de jaune. Les caractéristiques de la peau ainsi que des cheveux ont été enregistrées sur le Suaire avec une densité à peu près équivalente. Les brûlures et les marques d’eau de l’incendie de 1532 sont visibles. Les traces de flagellation et les taches de sang apparentes concordent avec les descriptions de la littérature biblique.
(photo © V. Miller, oct. 1978)

Fig. 2.
Spectroréflectométrie photoélectrique de zones de 1 cm de diamètre correspondant à des caractéristiques spécifiques du Suaire, réalisée à l’aide d’un spectrophotomètre à lecture rapide. La largeur de bande passante était de 17 nm. Les valeurs sont le résultat d’un rapport avec le lin vierge d’arrière-plan afin de mettre en évidence les différences.
Les courbes sont normalisées à ~1,0 à 700 nm.

III. Spectroréflectométrie photoélectrique rapide (440–700 nm)

Un spectromètre miniature alimenté par batterie a été conçu⁹ pour l’expédition à Turin.
Il utilisait un filtre interférentiel à variation continue permettant d’obtenir une largeur à mi-hauteur (FWHM) de 17 nm, ainsi qu’un photodétecteur à diode silicium.
Un faisceau de 1 cm de diamètre était projeté à une distance de 50 cm.

Les signaux, à des intervalles de longueur d’onde de 20 nm, étaient enregistrés numériquement à l’aide d’un affichage à cristaux liquides, la tension étant linéairement proportionnelle à la luminance.
Une lampe tungstène de 500 W illuminait le Suaire, et un échantillon de MgO servait de référence.
Six échantillons de chaque type de tache ainsi que de lin clair d’arrière-plan ont été mesurés, certains répétés.
La répétabilité d’une mesure était d’environ ±1 %.

La figure 2 présente les réflectances relatives par rapport à l’arrière-plan et normalisées à ω = 1,0 à 700 nm pour les zones d’image corporelle, les brûlures de l’incendie de 1532, et les zones tachées de sang.
De manière générale, toutes les marques ainsi que le lin clair deviennent sombres de plus en plus à mesure que la longueur d’onde diminue.

L’indice de couleur pour chaque groupe de taches est présenté à la figure 3, où l’indice de couleur = R(680 nm) / R(440 nm) vs R(550 nm).

Lorsque ces données sont représentées, les différences de couleur sont mises en évidence, et les groupements sont évidents.
Par exemple, certaines brûlures sont plus rouges et plus foncées que n’importe laquelle des autres marques, y compris le sang.
Une brûlure légère représentative et une tache corporelle ont pratiquement le même indice de couleur.
Visuellement, le poignet et le menton (ce dernier davantage) semblent posséder la faible teinte des taches de sang.

Cela suggère que du sang est présent dans ces zones, et indique la sensibilité d’un tel paramètre.

Toutes les taches sont faibles (sauf les brûlures denses) ; c’est-à-dire que le lin d’arrière-plan contribue de manière significative à la légère brûlure, à l’image corporelle et même aux images sanguines.

La courbe du sang (fig. 2) présente des changements de pente distinctifs par rapport aux autres marques. Cela rend la comparaison avec la courbe spectrale du sang humain plus directe.

IV. Spectrophotométrie détaillée

Les balayages à résolution plus élevée (FWHM de 5 nm) en longueur d’onde continue réalisés par Gilbert et Gilbert⁶ à Turin ont été utilisés comme données de base et comparés à des données de laboratoire constituées de réflectance totale (diffuse plus spéculaire) effectuées à l’aide d’intégrateurs sphériques sur un spectrophotomètre Cary 14.

La résolution spectrale pour les spectres de laboratoire était de ≤ 4 nm entre 500 et 600 nm et ~8 nm à chaque extrémité.
Le bruit de fond (échantillon non analysé) de 0,02 unité a été soustrait de chaque mesure. Le bruit sur une mesure était de ±0,005 unité.

Les spectres obtenus par les deux instruments à Turin concordent à ±5 % l’un de l’autre, sur une échelle absolue.

En dépit des différences d’angles solides de vue entre le spectrophotomètre de Gilbert (~0,004 sr) et l’intégrateur sphérique de laboratoire (2π), les données sont comparables, car la composante diffusée n’est pas dépendante de la longueur d’onde. Ce point sera traité de manière plus détaillée ci-dessous.

Fig. 3.
Le rapport de réflectance de points spectraux largement séparés (440 et 680 nm) est tracé en fonction de la réflectance absolue à 550 nm. Le regroupement par type de marque est évident. Plus la marque est sombre, plus elle est rouge.
Résultats du spectrophotomètre rapide.

A. Identification des taches de sang

La figure 4 montre plusieurs spectres de réflectance sanguine et un spectre de transmittance. La courbe de transmission présente une plus grande largeur de bande que la courbe de réflectance du même échantillon, particulièrement dans la bande de Soret à 410 nm.

On discute maintenant de l’influence de la diffusion depuis le fond sur les mesures spectrales. Il est supposé que la théorie de Kubelka-Munk (K-M) pour la réflectance diffuse peut être appliquée.¹⁰ La fonction de rémission est définie par f(r) = k/S, où k est le coefficient d’absorption Beer-Lambert, et S est le coefficient de diffusion. Alors log(f(r)) = log k − log S, où log k correspond au spectre d’absorption, et log S représente un déplacement de l’ordonnée. Pour des dimensions de diffusion d’ordre ~λ, S est indépendant de λ.

Les détails sur le lin non teint sont de dimensions > λ, et la courbe de réflectance montre une décroissance monotone lorsque la longueur d’onde diminue. Puisque cette tendance de réflectance peut être reproduite en chauffant du lin à l’air sans changement dimensionnel, la caractéristique de réflectance est considérée ici comme un spectre d’absorption. Ce large composant quasi-Lambertien diffusé peut réduire le contraste spectral dans un spectre d’absorption, comme cela est démontré à la figure 4. Le lin peut également être responsable de la variation de contraste de l’image selon la distance d’observation. À mesure que l’observateur se rapproche à quelques centimètres du Suaire, l’image devient plus difficile à distinguer. Restreindre le sous-ensemble angulaire de vue augmente le contraste de l’image en excluant une partie du composant diffusé.

Suit maintenant une discussion sur le déplacement de bande d’absorption dans les taches de sang. En considérant les particules de sang comme des diffuseurs, on peut les décrire comme ayant des dimensions > λ, avec un fort coefficient de diffusion S. Pour de telles particules,¹⁰ le coefficient de réflectance spéculaire est grand et indépendant de λ, et les écarts par rapport à la théorie K-M sont dans ce cas d’environ ~2 %. L’effet du composant spéculaire est de diminuer le contraste dans une courbe d’absorption. Cependant, à proximité d’une forte bande d’absorption, S présente une dispersion similaire à celle de l’indice de réfraction et peut donc être dépendant de λ. Le résultat pourrait être un décalage de la bande vers des longueurs d’onde plus courtes lorsqu’elle est mesurée en réflectance. D’autres influences pourraient également provoquer un décalage et incluent l’environnement des espèces absorbantes (décalage +) et la diffusion (petit décalage + avec les effets de dispersion −). Le décalage résultant prévu¹⁰ est de +10 à +20 nm, mais n’est pas observé dans les courbes de transmission et de réflectance des taches de sang montrées à la figure 4. Ainsi, ce phénomène ne doit pas être un facteur dans l’identification de bandes d’absorption mesurables sur le Suaire.

Il est approprié de faire des comparaisons avec des échantillons ayant une couverture spatiale reproduisant étroitement celle des taches de sang du Suaire, comme discuté ci-dessus. Par conséquent, les réflectances relatives, c’est-à-dire les réflectances par rapport au lin clair de substrat, sont présentées.

Une comparaison des données de laboratoire sur le sang entier avec la courbe pour les taches de sang du Suaire est présentée.¹² L’affichage des données de laboratoire, en plus de la bande de Soret dans la région 400–420 nm, montre des bandes d’absorption dans la région 580–β nm (α et β) et une faible bande à 625 nm. Celles-ci sont caractéristiques des porphyrines métalliques présentes dans les protéines de l’hème.¹¹

La perte de contraste de la bande de Soret, observée en réflectance, est également démontrée. La courbe du Suaire montre une bande prononcée à 630 nm, une bande générale commençant vers 525 nm, mais aucun signe de bande de Soret. Cette dernière a probablement été masquée par le faible rapport signal/bruit de la mesure. Il existe cependant une corrélation suffisante entre les spectrophotométries pour conclure que le matériau sur le Suaire est du sang. En fait, le spectre d’absorption d’une particule de sang détachée du Suaire suggère indépendamment que du sang est présent.¹²

En outre, la ressemblance avec le sang observée dans la photomicrographie de ces zones est forte. Le spectre suggère une met-hémoglobine dénaturée.

Fig. 4.
Courbe intégrée de réflectance et (une) courbe de transmittance pour des préparations de sang en laboratoire, incluant les valeurs de réflectance du sang du Suaire.
Le sang de laboratoire est âgé de 4 jours et, dans un cas, a été artificiellement vieilli par cuisson. La grande différence de contraste de la bande de Soret et des bandes α et β se produit lorsque le même échantillon (sur lame de verre) est mesuré en réflectance plutôt qu’en transmission. La cuisson réduit également les contrastes des bandes. Les différences d’amplitude moyenne entre les courbes sont dues à la variété d’arrière-plans de tissu exposés.
Les largeurs de bande instrumentales sont de 4 nm pour le laboratoire et de 5 nm pour les mesures du Suaire à 410 nm.

B. Spectres de substances possibles d’enregistrement de l’image

Les réflectances spectrales relatives des substances qui ont pu autrefois entrer en contact avec le Suaire sont présentées aux figures 5 et 6. Celles-ci sont exprimées relativement à la réflectance du substrat de lin ; cette dernière ainsi que l’arrière-plan du Suaire sont données sur une échelle absolue (référencée au BaSO₄ ou au MgO). Les courbes pleines correspondent aux données avant cuisson ; les courbes en pointillés représentent les données après une cuisson à l’air de 5 heures à 150 °C.

Comme expliqué ci-dessous, la cuisson simule le vieillissement du lin et produit une couleur proche de celle des zones propres du Suaire. Ceci est démontré à la figure 7. On peut supposer que les matériaux ajoutés ont subi une relation équivalente temps/chaleur. Toutefois, la réflectance de l’arrière-plan clair (substrat) R(550 nm) est réduite à ~ 0,48 pour le lin de laboratoire, contre ~ 0,36 pour le Suaire. Des facteurs tels que la densité du tissage, le diamètre des fils, la composition et la propreté influencent la valeur de réflectance. L’effet de la cuisson à l’air sur le lin est d’accélérer la rupture des liaisons de cellulose et la déshydratation, laissant une double liaison carbone, responsable de l’absorption croissante vers les longueurs d’onde plus courtes, ce qui pourrait être la cause de la coloration de l’image. La cuisson à l’air est alors considérée comme équivalente à l’effet d’une exposition plus longue à des températures ambiantes normales, c’est-à-dire qu’une équivalence temps/chaleur est en jeu.

Fig. 5.
Réflectances intégrées (par rapport à leurs arrière-plans clairs) de l’image du Suaire et d’une variété de matériaux pouvant être liés aux linges funéraires. La courbe supérieure correspond à un lin traité avec des glucosides de saponaria³ et montre une contribution fluorescente à < 450 nm. Les courbes inférieures concernent des brûlures sur ce lin, avant et après cuisson. Les autres courbes incluent les taches de sueur et d’huiles cutanées : P₁, graisse corporelle importante ; P₃, légère transpiration ; et myrrhe. Le spectre des brûlures est inclus en raison de sa similitude avec l’image corporelle. À noter : influence de la cuisson (vieillissement accéléré) à 150 °C pendant 7,5 h.

Fig. 6.
Similaire à la figure 5, mais comprend des aloès curaçao, des souillures de Fe₂O₃, et du lin avant et après une cuisson de 7,5 h à 150 °C. Le spectre moyen de l’arrière-plan du Suaire est inclus pour comparaison avec le lin moderne vieilli (cuit = courbe en pointillés). La courbe du Fe₂O₃ après se situe au-dessus de celle avant parce que le lin s’assombrit ; le Fe₂O₃, lui, ne change pas.

Fig. 7.
Couleur et réflectance visuelle en fonction du temps de cuisson pour le lin.
Cette méthode de vieillissement artificiel du lin a été utilisée pour tenter d’atteindre les valeurs mesurées sur le Suaire. La couleur est approchée après 5,5 h à 165 °C, mais la réflectance de l’échantillon de laboratoire n’atteint pas celle du Suaire.
Le tissage, la composition, etc., des deux lins étant différents, ce fait explique probablement la différence de réflectance.

En comparant les spectres avant et après cuisson, la myrrhe, les aloès (curaçao) et les huiles cutanées plus sueur s’assombrissent ; de plus, la myrrhe et les huiles cutanées plus sueur deviennent plus rougeâtres, comme indiqué aux figures 5 et 6. Les deux échantillons d’huiles cutanées plus sueur sont très différents : P₁ (lourd) est un échantillon prélevé sur la nuque et était visuellement sale avant cuisson ; P₃ provient d’un léger contact avec le front et n’était pas visible avant cuisson. Après cuisson, leurs caractéristiques spectrales respectives sont devenues similaires.

La signification de ce résultat est que, si la chimie du processus d’impression de l’image impliquait un contact avec des substances cutanées naturelles (ou de la myrrhe), la différence de pression entre les images frontale et dorsale du corps sur le tissu ne se manifesterait pas. Dans le cas du Suaire, aucune différence de densité d’image n’est détectable entre les impressions frontale et dorsale.

Une expérience supplémentaire a été réalisée en appliquant de légères couches d’huile d’olive sur du lin. Avant cuisson, celles-ci étaient invisibles. Après 1,5 h à 140 °C, la réflectance spectrale se rapproche de celles de P₃ vieilli et de la myrrhe. Après 3,5 h, elle s’apparente à celle de P₁ vieilli. Prolonger la durée de cuisson jusqu’à 5 h entraîne < 0,5 % d’écart moyen par rapport à la courbe des 3,5 h. Ces substances se rapprochent étroitement des caractéristiques spectrales de l’image corporelle (fig. 5).

L’échantillon traité avec teinture de myrrhe et cuit montre des fibrilles fortement colorées. Cependant, l’échantillon d’aloès contient de petites particules brunes. Aucun indice confirmé, provenant d’un microscope optique ou SEM, ne montre que l’une quelconque de ces substances existe encore aujourd’hui sur le Suaire. Leur présence originelle ou leur réaction avec le lin, dans le contexte d’une fonction de catalyseurs ou d’accélérateurs de l’assombrissement là où il y a eu contact, est suggérée.

Une objection soulevée contre l’hypothèse selon laquelle le contact avec des produits cutanés ou des onguents funéraires aurait contribué à la formation de l’image est que ces matériaux organiques devraient être thermiquement instables. Ainsi, la couleur ou la densité d’une image due à ces matériaux serait modifiée à proximité des zones brûlées. De tels changements ne se produisent pas pour les zones d’image du Suaire.

Pour tester la stabilité de la couleur, les taches dont les propriétés spectrales ont été présentées aux figures 5 et 6 ont été brûlées à l’aide d’un fer à souder. Une tache d’huile d’olive a également été incluse. La température de surface du fer était de 250° ± 30°C. Deux observations ont été faites à partir des résultats. Lorsque les taches étaient légèrement brûlées, aucune décoloration, en dehors de celle du matériau de lin lui-même, n’était détectable. Lorsqu’une tache était fortement brûlée (brun foncé) ou carbonisée, aucune couleur ni densité d’image n’a été observée au-delà de la zone de transition brun-jaune attendue, d’environ 2 mm de largeur, indicative des produits de pyrolyse de la cellulose.

L’assombrissement de ces taches par rapport à l’arrière-plan dû à la cuisson atteint apparemment une valeur limite, au-delà de laquelle davantage de temps ou une température plus élevée n’augmente pas le contraste ni ne modifie la couleur.

C. Concentration de fer

L’expérience de fluorescence X¹⁵ a révélé une forte concentration de fer (50 µg/cm²) dans les zones de sang, ainsi que dans les zones claires et celles de l’image corporelle (~15 µg/cm²). Le Fe₂O₃ possède un spectre ressemblant à celui du sang, et sa présence est détectable optiquement. En utilisant une série d’échantillons souillés de Fe₂O₃, dont la concentration surfacique en Fe avait été déterminée¹⁶, une calibration optique a été réalisée.

À la figure 8, le rapport de couleur R(666 nm) / R(387 nm) d’un lin souillé avec de la poudre de Fe₂O₃ est relié à la concentration de Fe via la réflectance spectrale relative (c’est-à-dire par rapport à l’arrière-plan clair). Les valeurs mesurées des réflectances du sang et de l’image corporelle sur le Suaire sont également indiquées (triangles et cercles).¹⁵

La courbe supérieure montre la variation du rapport de réflectance rouge/bleu en fonction de la valeur de réflectance verte pour le Fe₂O₃. La courbe inférieure (échelle de droite) montre la concentration de Fe en fonction de la réflectance verte. À partir de cette courbe, une concentration d’environ 2 µg/cm² est optiquement détectable. Les valeurs de réflectance du Suaire suivent une tendance similaire à celle de la courbe de réflectance du Fe₂O₃, mais avec une courbe moins prononcée et un décalage vers des valeurs de réflectance verte plus faibles.

Un exemple d’utilisation de ce diagramme est le suivant.
Pour la mesure du doigt, R(550) donne (à partir de la courbe inférieure) une concentration de Fe d’environ 4 µg/cm², et la courbe colorimétrique pour le Fe₂O₃ (courbe supérieure) donne un indice de couleur de 1,44. Les valeurs mesurées sur le Suaire sont respectivement d’environ 13 µg/cm² et 1,17.
De même, pour la blessure du flanc, R(550) → concentration de Fe = 25 µg/cm² et indice de couleur 1,96. Les valeurs mesurées sont de 50–60 µg/cm² et 1,49, respectivement.

La concentration de Fe prédite représente entre un tiers et la moitié de celle mesurée dans les zones du Suaire ; en outre, la couleur du Fe₂O₃ est plus rouge que toute couleur mesurée sur le Suaire.

Par conséquent, les taches de sang ne sont pas composées entièrement de Fe₂O₃.
De même, le Fe₂O₃ n’est pas responsable de l’image, puisque la concentration de particules de Fe₂O₃ prédite pour les zones d’image serait détectable. La figure 4 montre qu’aucune courbe, ni pour les taches du Suaire, ni pour les taches de sang connues, n’est identique à celle de Fe₂O₃ (fig. 6).

Fig. 8. Présentation combinée de la couleur (courbe de droite) et de la concentration en Fe (courbe de gauche) en fonction de la réflectance à 550 nm pour des souillures de Fe₂O₃, incluant certains points de sang et de corps issus des mesures de concentration en Fe sur le Suaire.
Les cercles et triangles correspondent aux mesures colorimétriques.
Les tendances observées pour les résultats du Suaire sont parallèles à celles de l’étalonnage en laboratoire, mais les résultats optiques prédisent moins de fer que ce qui a été mesuré par fluorescence X sur le Suaire.

Fig. 9. La différence de couleur fluorescente entre les caractéristiques du Suaire est examinée, et les descriptions visuelles des couleurs sont expliquées lorsque les mesures photoélectriques de Gilbert et Gilbert sont convoluées avec la courbe scotopique de l’œil. Les désignations se rapportent aux emplacements.⁸

Une autre observation issue de la figure 8 est qu’il existe une plus grande variation de couleur parmi les points corporels que parmi les points de sang. Les valeurs de réflectance à 550 nm pour les points corporels (0,7–0,9) sont proches des valeurs correspondantes de la courbe de concentration en Fe. Le Fe₂O₃ n’est pas considéré comme le colorant de l’image corporelle car, visuellement, il est trop rouge, et sa courbe de réflectance est différente de celle de l’image corporelle (fig. 6 et 7).

L’exposition au temps et à la température utilisée reproduit la couleur du Suaire ; cependant, la température de 150 °C est suffisamment élevée pour provoquer la dégénérescence de l’hémoglobine en produits inattendus pour du sang ancien.¹² Afin d’éliminer cette possibilité, du sang entier a été chauffé à 60 °C pendant 7,5 heures au lieu du traitement précédent. Les valeurs R(666 nm)/R(387 nm) et R(550 nm) obtenues sont respectivement de 2,1 et 0,41, ce qui se situe dans le coin supérieur gauche de la fig. 8, et reste cohérent avec la détermination par fluorescence X de la concentration en Fe ainsi qu’avec le résultat optique.

V. Études additionnelles
A. Observations et spectroscopie en fluorescence UV

L’observation des détails a été réalisée visuellement par l’auteur et mesurée photoélectriquement par Gilbert et Gilbert⁶, tandis que le Suaire était illuminé par la raie à 366 nm d’une lampe à décharge au mercure. En outre, la photographie en fluorescence, avec une bande d’excitation étendue, a été employée. La bande d’excitation pour la photographie en fluorescence incluait les longueurs d’onde HM (approx. 335–375 nm). Un filtre bloquant sur la caméra ne laissait passer que les longueurs d’onde >410 nm. L’arrière-plan du lin émettait une faible teinte jaune-vert, tandis que l’image et les taches de sang étaient non fluorescentes. Les taches légèrement brûlées fluoresçaient brunâtre ; les zones tachées par l’eau présentaient des teintes allant du vert au jaune au fur et à mesure que la zone visuelle de transition était franchie. Le léger contour du sang dans la blessure du flanc fluoresçait notablement.¹⁷ Les seules autres marques fluorescentes étaient des coulures de cire de bougie de source inconnue. Elles étaient plus lumineuses que toute autre marque et fluoresçaient jaune verdâtre.

Lorsque les données photoélectriques sont convoluées avec la réponse scotopique et normalisées (fig. 9), il devient évident que le lin d’arrière-plan lui-même est responsable de la réponse mesurée⁶ dans les zones de sang et dans les zones d’image, car il existe une caractéristique de longueur d’onde identique. Cela concorde avec la description visuelle. La courbe pour les brûlures, dont la réflectance visuelle correspond à celle des zones d’image, ne montre qu’un léger décalage vers la région orange par rapport aux courbes de l’image corporelle, bien que la différence de couleur soit évidente à l’œil et dans la photographie fluorescente.⁵

L’explication pourrait être que l’œil possède une excellente capacité à distinguer les différences de couleur lorsque celles-ci sont comparées côte à côte. La bande plus large des longueurs d’onde UV utilisée dans la photographie fluorescente pourrait être responsable de la stimulation et de l’enregistrement d’un plus grand nombre de couleurs.

Les taches de laboratoire décrites dans la section IV.B, brûlées et non brûlées, ont été examinées pour leur fluorescence visuelle lorsqu’elles étaient irradiées par la raie à 366 nm d’une lampe à vapeur de mercure. La fluorescence bleu-blanc de base du lin s’est modifiée en un faible jaune-vert après cuisson. Ni les taches de myrrhe ni d’aloès n’ont fluorescé. Les taches d’huiles cutanées plus sueur ont légèrement fluorescé en un jaune plus vif que le lin, mais nettement moins que le lin légèrement brûlé. La tache d’huile d’olive a fluorescé d’une très faible couleur gris-rougeâtre. Aucune différence de couleur ou de luminosité n’a été observée entre les zones brûlées et non brûlées (adjacentes) de ces taches.

Fait intéressant, la ressemblance entre l’image corporelle et les brûlures sous éclairage naturel (voir aussi la photomicrographie¹) a conduit à la spéculation d’un agent causal commun (par exemple : contact avec un objet chaud). En réalité, le résultat peut n’être que la seule similitude, c’est-à-dire la coloration due à la rupture des chaînes carbonées et à la déshydratation partielle. La fluorescence observée dans les zones brûlées est apparemment due aux produits de pyrolyse du furfural.¹³

B. Photographie multispectrale

Les descriptions visuelles et les photographies en couleur réalisées avant l’expédition de 1978 indiquaient une image de couleur sépia sur un fond de lin jauni. Au microscope, les fibrilles portant l’image apparaissent de couleur paille. L’un des objectifs de la photographie était d’améliorer autant que possible le contraste de l’image par rapport au fond.
Un ensemble de filtres de 10 à 20 µm de largeur a été utilisé, avec une emphase sur l’extrémité bleue du spectre, là où un contraste maximal était prévu et a ensuite été vérifié. Un système de trois filtres soustractifs, composé de R (685–750 nm), G (500–575 nm) et B (370–500 nm), a également été utilisé.
De plus, le filtre liquide employé pour isoler les longueurs d’onde 335–375 nm (points HM) pour l’excitation en fluorescence a aussi été utilisé pour la photographie en lumière réfléchie.

Le contraste maximal a été obtenu à l’aide du filtre étroit à 386 nm, ainsi qu’avec les filtres B et UV ; un exemple d’une photographie en bande B est montré en fig. 1.
Il y avait très peu de contraste pour les filtres à des longueurs d’onde supérieures à 550 nm.

Le choix des longueurs d’onde utilisées pour les rapports d’indices de couleur (par exemple, figures 5 et 8) a été fait parce que la photographie à bande étroite avait été réalisée aux mêmes longueurs d’onde effectives.

En utilisant des techniques numériques soustractives et de mise en ratio, ces photographies numérisées peuvent être traitées pour produire des cartes spatiales localisant les zones de couleur similaire.

VI. Conclusions

Les résultats de l’analyse spectrale des zones tachées de sang sur le Suaire sont cohérents avec leur interprétation en termes d’hémoglobine humaine. La grande quantité de diffusion d’arrière-plan et l’état chimique du sang servent à atténuer le contraste des bandes d’absorption typiques du sang. À une limite de détection optique de < 5 µg/cm², le Fe₂O₃ n’est pas un contributeur à la couleur (densité) des zones d’image. La couleur du lin peut être reproduite en laboratoire sur du lin moderne par la technique de cuisson à l’air, selon une relation équivalente temps/chaleur.

En utilisant la technique accélérée, les substances naturelles telles que les huiles cutanées plus sueur, l’huile d’olive et la myrrhe produisent des taches ayant des propriétés spectrales remarquablement similaires à celles des zones d’image du Suaire. Cela suggère que le contact avec un corps humain, plus le passage du temps, ont joué un rôle significatif dans l’apparition ultérieure d’une empreinte d’image de ce corps.

Le lin légèrement brûlé présente une différence notable, par rapport à l’image du Suaire, dans ses propriétés de réflectance. Peut-être que les changements chimiques du lin qui résultent en une image visible sont identiques dans les cas mentionnés ci-dessus.

Il a été établi que les matériaux organiques, ou peut-être plus exactement les produits de leurs réactions avec le lin, sont stables aux températures associées aux brûlures légères. Cette observation est en accord avec l’uniformité de la couleur de l’image corporelle sur tout le Suaire.

La diminution du contraste de l’image avec la réduction de la distance d’observation est en partie le résultat de l’augmentation de la contribution de la lumière diffusée dans le champ de vision. Aucune fluorescence n’a été observée sur l’image corporelle ni sur les taches de sang ; le lin lui-même est fluorescent. Les brûlures légères fluorescent d’un brun rougeâtre pâle. Les observations de fluorescence sur des taches simulant l’image corporelle sont en accord avec les données du Suaire.

Bien que la différence entre l’image et une légère brûlure ait pu être perçue comme une différence de couleur, les mesures photoélectriques n’ont montré qu’un faible excès de retour provenant des brûlures. Cela peut être dû à la bande d’excitation plus étroite des longueurs d’onde utilisée pour les mesures photoélectriques ou à un rapport signal/bruit insuffisant. La photographie multispectrale utilisant des filtres à bande étroite a révélé que le contraste maximal entre l’image corporelle et le fond se produit aux longueurs d’onde les plus courtes. Davantage de lumière bleue est absorbée par l’image corporelle que par le lin de fond.

Afin d’assurer une future préservation de l’image déjà faiblement contrastée, certaines recommandations issues de ce travail sont proposées. Le stockage devrait se faire dans une atmosphère gazeuse inerte (N₂) avec une humidité relative non nulle (environ ~30 %). La température ne devrait pas dépasser 25 °C, et l’exposition au rayonnement UV solaire devrait être évitée. Température et humidité devraient être constantes. La manipulation physique (comme le roulage) devrait être minimisée pour réduire la perte de particules de sang due à l’abrasion et à la flexion du tissu.

Les futures spectroscopies devraient viser à la résolution et à l’identification des bandes d’absorption organiques dans la région 250–5000 nm et devraient être réalisées avec un rapport signal/bruit (SNR) supérieur à 200:1. La spectroscopie de fluorescence devrait utiliser une excitation à large bande, incluant des longueurs d’onde inférieures à 300 nm, ainsi qu’un rapport SNR plus élevé et des optiques de collection plus larges. Pour ces deux études, davantage de zones doivent être échantillonnées. De nouvelles études de simulation en laboratoire sont nécessaires.

Références

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