Nanocathedral: un network d’innovazione per proteggere le cattedrali d’Europa

Partito nel 2015 nell'ambito di Horizon 2020, è il primo progetto che cerca di identificare e produrre nuovi nanomateriali per la tutela dei monumenti di pietra.

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La Cattedrale di Pisa è uno dei sette edifici coinvolti nel progetto Nano-Cathedral, per l’applicazione delle nanoscienze alla conservazione dei materiali. Crediti immagine: bvi4092, Flickr

APPROFONDIMENTO – In Piazza dei Miracoli a Pisa, sulla facciata della Cattedrale una delle epigrafi riporta la data di posa della prima pietra del monumento, il 1064. Nello stesso periodo, qualche anno più tardi, venne fondata l’Opera della Primaziale Pisana, l’istituzione che si occupava di controllare i lavori di costruzione e che, ancora oggi a distanza di più di mille anni, monitora lo stato di conservazione del monumento. Il marmo del Duomo, della Torre e del Battistero, è stato esposto nei secoli all’azione erosiva del vento, del sole, dell’umidità e delle precipitazioni, dell’inquinamento, e diversi sono stati nel corso del tempo gli interventi di conservazione e restauro dei monumenti di Piazza dei Miracoli. Anche altre cattedrali hanno dovuto sostenere le stesse prove di resistenza, in alcuni casi anche più dure rispetto all’ambiente relativamente più protetto della piazza pisana.

Per quanto tempo ancora le pietre delle cattedrali di Vienna, Parigi, Colonia, Pisa, potranno reggere l’impatto degli agenti esterni? Gli interventi di protezione messi a punto nel corso del tempo sono sufficienti?
Questi sono gli interrogativi alla base di tutta la scienza della conservazione e restauro dei beni culturali, che trovano risposte diverse per diversi materiali e ambienti: un manufatto in legno esposto in una chiesa avrà una vita e esigenze ben diversi rispetto a un dipinto o a un oggetto in bronzo e così via. Si tratta di una sfida che la scienza, sia di base sia applicata, ha colto registrando ormai tanti successi e prodotti di grande innovazione ideati ad hoc per i beni culturali. Per il mondo dell’arte, infatti, negli ultimi anni sono stati resi disponibili per esempio dispositivi mobili e di realtà aumentata, stampanti 3D, app, scanner laser portatili. Mettere a punto opportune tecniche di conservazione per i monumenti in pietra è un’occasione particolarmente preziosa per spingere ancora più avanti questa frontiera tecnologica.
Nel 2010, è stata proprio l’Opera della Primaziale Pisana – impegnata ogni anno nell’organizzazione di un convegno che fa il punto sui temi cruciali per la conservazione, gestione e valorizzazione delle cattedrali – a lanciare l’idea di un Convegno delle Cattedrali Europee, dopo essersi già fatto promotore di un’associazione per la tutela delle cattedrali europee, dando inizio a un percorso che avrebbe portato al progetto Nano-Cathedral.

Sei pietre per sei ambienti

Nano-Cathedral è un progetto europeo partito nel 2015 nell’ambito di Horizon 2020, un’esperienza finora inedita da molti punti di vista. Si tratta infatti del primo progetto finanziato per la call Nanotecnologie e Materiali Avanzati con applicazioni specifiche per i beni culturali, e la prima iniziativa volta a identificare e produrre nuovi nano-materiali per la tutela dei monumenti lapidei. La ricerca sulle nano-scienze ha già contribuito con diverse soluzioni innovative per la cura dei beni culturali anche per i lapidei (ne abbiamo parlato qui), quello che ancora manca è uno studio che tenga conto delle peculiarità di ciascun monumento, la sua storia e il suo habitat.

I siti oggetto della ricerca in Nano-Cathedral sono sei: cinque cattedrali – Pisa, Colonia, Vienna, Ghent, Vitoria Gateiz – più un edificio contemporaneo, l’Opera House di Oslo, una costruzione di nuova concezione ma accomunato agli altri edifici storici per essere rivestito interamente in pietra, in particolare in marmo di Carrara.

Il coordinamento del progetto è affidato al partner italiano INSTM (Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali) – che comprende, per questo lavoro, il Politecnico di Milano, l’Università di Pisa e l’Università di Torino – e si occuperà di portare a termine alcuni degli obiettivi più strettamente scientifici.

“È stato grazie all’impegno iniziale della Primarziale di Pisa che Nano-Cathedral ha visto la luce”, spiega Lucia Toniolo, docente di Scienza e Tecnologia dei Materiali presso il Politecnico di Milano e tra i leader dell’unità italiana del progetto. “La scelta dei sei siti ha seguito un criterio che tenesse conto dell’unicità dei monumenti in tutta Europa: avendo a disposizione siti così diversi, da Pisa a Oslo, abbiamo la possibilità di studiare ambienti variegati, non tocchiamo solo le grandi capitali, ma anche aree che comprendono piccole città di provincia, zone quasi rurali. Si passa da climi mediterranei a climi con temperature estremamente rigide, presenza di aerosol marini e aerosol tipicamente urbani, con i rispettivi carichi d’inquinanti. Inoltre, valuteremo le condizioni di un edificio contemporaneo – l’Opera House di Oslo – in cui la conservazione della lastra di marmo risente delle criticità, nell’esposizione e quindi sulla superficie, nelle finiture e nella struttura interna, del clima freddo nordico, con elevati sbalzi termici, e neve per molti mesi dell’anno.”

In particolare, il sito di Oslo ha le caratteristiche adatte per testare i nuovi nano-materiali protettivi, essendo le lastre di Carrara in opera da pochi anni.

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Il progetto Nano-Cathedral comprende anche un edificio moderno, l’Opera House di Oslo. Crediti immagine: Rafał Konieczny, Wikimedia Commons

Le nano-tecnologie che vìolano tradizioni secolari

I nano-prodotti in fase di studio si possono raggruppare in consolidanti e protettivi, a cui si uniscono, come soluzioni innovative, nuove procedure e standard di analisi e produzione – per questo aspetto, Nano-Cathedral può contare sul supporto di alcune società SMEs (Small and Medium Enterprise) specializzate nella produzione di nano-prodotti. “Nei siti ci sono materiali diversi e quindi diverse proprietà di cui tener conto”, aggiunge Francesca Gherardi, ricercatrice post-doc a PoliMi. “Oltre ai marmi, la gran parte delle pietre d’Europa sono arenarie, con proprietà quindi silicatiche, oppure calcari come il limestone,  della cattedrale di Vitoria. I consolidanti che stiamo mettendo a punto sono compatibili con queste caratteristiche petrografiche, si tratta di nano-silici, nano-zirconia e TEOS, cioè silicati organici modificati con nano-particelle”.

Il primo compito del progetto è stato dedicato a una valutazione e selezione dei migliori nano-prodotti già esistenti e disponibili in commercio per queste applicazioni “È stato selezionato un numero molto limitato di prodotti molto promettenti, circa venti. Ora siamo già alla fine della prima fase di test in laboratorio, sia per i consolidanti sia per i protettivi. Per ciascun litotipo sono stati selezionati i quattro migliori prodotti, e da questi si passerà alla realizzazione di prodotti completamente nuovi. Per esempio aggiungendo nano-particelle di argento, titanio, zinco, in materiali a base polimerica, ottenendo così nano-compositi con proprietà anti fouling, con la funzione di impedire la formazione di biofilm sulle superfici (muffe, microorganismi, vegetazione… ), o attivando speciali proprietà che consentono di abbattere sostanze inquinanti grazie all’azione fotocatalitica dei protettivi” – un processo di ossidazione delle particelle nocive che si avvia grazie all’azione combinata del protettivo e della luce.
Negli ultimi anni, alcuni degli effetti del cambiamento climatico hanno fatto sentire la loro presenza proprio in questo tipo di fenomeni “Il Duomo di Milano – non compreso tra i siti, ma un riferimento non dissimile tra altri del progetto – presenta da diversi anni formazione di biofilm, patine biologiche”, aggiunge Lucia Toniolo.

“In parallelo, vengono condotti in laboratorio test di invecchiamento accelerato, per simulare le condizioni di degrado della pietra, e in modo da valutare possibili stress di tipo termo-meccanico”. Questa fase viene condotta dall’unità di Vienna con il supporto dell’Istituto Centrale per il Restauro di Roma. “In questo modo si potranno uniformare procedure e protocolli già collaudati, ma tarati appositamente per questi monumenti”.

In questo senso, un’altra importante innovazione di Nano-Cathedral consiste nell’introdurre, per la prima volta, materiali e procedure di certo conosciute e accettate dalla comunità scientifica, ma che non avevano ancora oltrepassato la barriera di alcune abitudini – si potrebbe dire secolari, letteralmente – tipiche della gestione del patrimonio artistico “I siti di Pisa e Colonia rappresentano un po’ i riferimenti storici del restauro in situ, e hanno già da tempo adottato soluzioni tecnologicamente avanzate. Negli altri siti questo processo d’innovazione diventa inevitabilmente più complicato e lento. ”
Con Nano-Cathedral si apre quindi anche una sfida di tipo comunicativo, in questo caso tra gli operatori stessi, che, si spera, farà bene all’intero comparto della conservazione dell’architettura storica.

Intanto, guardando oltre le cattedrali, uno dei prodotti più promettenti in cantiere del gruppo italiano, l’Università di Pisa, potrebbe portare innovazione in un ventaglio molto largo di applicazioni: la nanocalcite.

Leggi anche: Luce e colori, il segreto delle cattedrali gotiche

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