SYLLABUS

-UE:   Licence 1 : Théorie en  archéologie : les méthodes archéométriques.

Cette unité d’enseignement initie les étudiants aux bases des méthodes archéométriques.

-Durée du cours : 17 H de C.M. et  20 H de T.D.

- Enseignant : Dr KIENON- KABORE  T. Hélène

- Adresse : Université FHB, UFR SHS  ISAD, Bureau des chefs de  département ou le laboratoire d’archéologie au CRAU, Tél 01440932.

 -Mail tkienon@yahoo.fr

- Jours et heures de réception : sur rendez-vous.

-Description du cours et objectifs généraux :

L’étudiant de la licence 1 d’anthropologie au niveau de l’archéologie doit être un apprenant accompli dans la connaissance des bases de la discipline archéologique au niveau théorique. Le volet histoire de l’archéologie étant dispensé dans l’unité d’enseignement intitulé « Histoire de l’archéologie », ainsi que les méthodes traditionnelles de terrain en UE « Initiation à l’archéologie », nous abordons les méthodes de laboratoire pour permettre aux étudiants d’avoir un panorama des analyses et traitements archéométriques des vestiges. Le cours sur l’archéométrie est l’occasion unique d’assimiler les bases méthodologiques des traitements et analyses archéologiques en laboratoire au cours de son cursus universitaire.

L’objectif de ce cours est de présenter les méthodes d’analyses, de traitements et de datations absolues, basées sur les méthodes archéométriques.

Pour ce faire, trois grandes parties sont abordées :

-          L’analyse des vestiges organiques ;

-          L’analyse des matériaux inorganiques ;

-          Les méthodes de datations archéométriques.

-Objectifs spécifiques

 Les apprenants doivent être capables de

    °connaître les méthodes de base archéométriques

    °assimiler les principes de bases des analyses archéométriques

Mode d’évaluation :

 ° Préparation d’un dossier sur des thèmes.

 ° Un devoir de synthèse (si possible)

  °Examen de fin de semestre 

Thèmes  de recherche pour la constitution de dossiers :

-La palynologie ;

-La paléobotanique ;

-L’archéométrie des restes fauniques ;

-La sédimentologie ;

-La fluorescence X ;

-La dilatométrie.

BIBLIOGRAPHIE

- BORILLO(M.) et al. 1976,     Les méthodes mathématiques en archéologie,

                                                  Paris, Editions du CNRS.

- EVIN (Jacques), 1977,                    « Réflexion sur la valeur des résultats fournis

                                                  par   la méthode du C14° in  Bulletin de

                                                  l’Association  Etrangère d’Etude du       

                                                  Quaternaire,Vol.45 .91- 93 p.                                                

 GALLOTS B, BECKTEL F., SCHVORERER M, et

 ROVANET, 1978,                « Extension à la préhistoire, à l’océanographie

                                                 et   à la volcanologie de la méthode de datation

                                                 par  thermoluminescence ».PACT °, 1978-79.

- GARDIN (J.C), 1970,                  Archéologie et calculateurs. Problèmes

                                                  sémiologiques et mathématiques (Marseille 7-

                                                 12 avril 1969), Paris Editions du CNRS.

- MUNAUT (A.V.), 1979,     « Les dendrochronologie » in Bulletin du

                                                  l’Association française pour l’Etude du

                                                  Quartenaire, 1-2, pp.65-74.

- POULAIN (T.), 1976,         L’étude des ossements animaux et son apport à                                                 

                                        l’archéologie, Mémoire n°6 du centre de                                                  

                                        recherche sur les techniques gréco-romaines,                                                   

                                        Dijon.

INTRODUCTION :

L’archéométrie est le recours à des techniques de laboratoire relevant des Sciences exactes et des Sciences de la nature combinées avec l’apport des méthodes traditionnelles de l’enquête historique, dans le but d’approfondir l’étude des œuvres d’art, des monuments et des objets archéologiques.  En effet, Après la fouille l’archéologue et son équipe se trouvent devant une quantité importante de vestiges qu’il s’agit d’étudier, de coordonner, de  publier. Les études archéométriques constituent des apports importants pour les résultats de terrain.

Ces matériaux se présentent sous deux formes :

-          Les observations enregistrées au cours des travaux de fouille (journaux, formulaires, plans, coupes, films, croquis divers, photos etc.)

-          Le matériel  archéologique qui se subdivise en deux catégories :

* Les matériaux organiques (parties minérales)

- déchets alimentaires (graines, os, coquillages)

- Restes vestimentaires (tissus essentiellement)

                    - Des traces de l’environnement végétal ancien (sédiments,     

            pollens, fossiles).

* Les matériaux inorganiques ou Témoins de l’activité créatrice de       

             l’homme).

Ils sont utilisés dans tous les domaines de la  vie humaine. Ce sont :

-          Les principaux  éléments de l’habitat et des  structures  construites

              (grottes, pierres, ardoises, tuiles, briques)

-          Les  bases de l’outillage et de l’armement, pierre (silex, meule), métal

-          Les parures (pierres précieuses)

-          Les matériaux transformés (métal, verre, céramique

I. – ANALYSES  DES VESTIGES ORGANIQUES

A.–LA PALYNOLOGIE ET LA  

     PALÉOBOTANIQUE

- La palynologie c’est l’étude des pollens et spores fossiles  c’est-à-dire des organes végétaux, de très petites tailles, produits en quantités souvent considérables par les espèces végétales afin d’assurer leur propagation et leur reproduction.

- La paléobotanique s’intéresse aux  macrorestes végétaux. Se sont des organes observables à l’œil nu et préservés plus ou moins longtemps au sein d’un milieu favorable à leur conservation. On trouve des pollens et des macrorestes dans les milieux les plus divers aussi bien en conditions  naturelles que dans les sites archéologiques, secs ou humides sauf dans les zones tropicales humides où ils sont rares ou totalement absents.

 Les études menées sur ces restes diffèrent selon leur nature. ( Voir TD)

B.– ANALYSE DES RESTES FAUNIQUES

Les restes fauniques souvent retrouvés sur les sites sont les parties minérales des animaux. Se sont  les os, les arêtes, les coquilles, les carapaces car ce sont ces parties qui résistent le mieux aux altérations. Les vertébrés et parmi eux les mammifères sont les mieux étudiés  à l’heure actuelle. Notons cependant la place de plus en plus grande que prend la malacologie dans ce domaine (étude des petits coquillages) pour la reconstitution des biotopes. Les disciplines qui étudient la faune sont la plaéoethnographie et la paléozoologie. (voir TD)

II. – ANALYSE DES MATERIAUX 

        INORGANIQUES

            Les matériaux inorganiques subissent également une  série d’analyses dans les laboratoires spécialisés, pour tenter de répondre aux différents problèmes  soulevés par leur existence. Ce sont essentiellement :

-          Les transformations subies par le matériau au cours de sa fabrication ou de son histoire. On peut aussi essayer de déterminer, sur le plan  technologique, la composition des alliages métalliques, la température de cuisson des céramiques, le mode de construction des bâtiments etc.

-          La provenance ou l’origine des matériaux par détermination de la nature des composantes.

Les méthodes applicables sont nombreuses : les  mieux connues à cause des résultats obtenus, sont la sédimentologie, la fluorescence x, la dilatométrie. (voir TD)

III.– LES METHODES DE DATATION ARCHÉOMEQTRIQUES

Les méthodes archéométriques de datation sont des méthodes de datation absolue, différentes de ce que l’on a coutume d’appeler les datations relatives.

-          La datation relative permet de déterminer l’âge par  la position des objets les uns par rapport aux autres (cas  de la méthode stratigraphique).

-          Le terme de datation absolue est réservé aux méthodes qui déduisent l’âge de l’objet à partir  de l’analyse de sa structure physique ou chimique. Cet âge est exprimé en année.

Les méthodes de datation des événements archéologiques sont nombreuses. Les plus connues sont : la datation par le radiocarbone, par la thermoluminescence et la dendrochronologie.

I-LA DATATION PAR CARBONE 14

A-     Historique et origine

La méthode de carbone 14 fut mise au  point par Libby à la fin des années 1940. La datation par carbone 14 passait par la mesure de la radioactivité des échantillons, ce qui était délicat du fait de la faiblesse du signal et du bruit de font.

Au niveau de l’origine, il faut dire que des réactions nucléaires initiées par le rayonnement cosmique produit un flux de neutrons  libres dans la haute atmosphère. Ces molécules de l’aire, les neutrons dans une certaine gamme d’énergie réagissent avec l’azote pour former du radiocarbone.

B-      Définition et les différents réservoirs de carbone sur la terre

Dans la nature, certains atomes existent sous plusieurs formes appelées isotopes. C’est-à-dire que, ces atomes ont le même nombre d’électrons qui gravitent autour de leur noyau, le même nombre de protons mais, un nombre différent de neutrons.  Le déséquilibre entre le nombre de protons  et de neutrons peut conduire à un isotope radioactif.

C’est le cas du carbone 14 qui est l’un des isotopes de carbone. Il est composé de six protons et de huit neutrons.

Cette méthode de datation dite également, datation par radiocarbone ou datation par comptage du carbone 14 résiduel, est une méthode de datation radiométrique basée sur la mesure de l’activité radiologique du carbone 14 contenu dans de la matière organique, dont on souhaite connaître l’âge absolu, à savoir le temps écoulé depuis sa mort.

On le trouve principalement dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone (CO2) ou gaz carbonique, sous forme de composé organique dans la biosphère terrestre et marine sous forme de gaz carbonique, de bicarbonate dissous et carbonate dans les océans.

C-      Principe de la datation

Tout organisme présente de son vivant la même radioactivité que le gaz carbonique atmosphérique. A sa mort, les échanges gazeux cessent, le carbone 14 n’est plus renouvelé. Sa radioactivité décroît alors lentement selon la loi exponentielle, à raison de la moitié tous les 5730 ans: c’est la période de demie vie.

Le principe de la méthode de datation par carbone14 consiste donc à mesurer l’activité spécifique d’un échantillon, qui est le nombre de rayon B – émis par gramme de carbone et par minute, et déduire par le calcul, le temps écoulé depuis la mort sur lequel l’échantillon a été prélevé.

D- Limites de la datation par le carbone 14

La datation par le carbone 14 est une méthode très utilisée par les archéologues, mais son utilisation présente quelques  limites :

*l'élément que l'on veut dater doit avoir incorporé du carbone dans des proportions équivalentes à celles de l'atmosphère ; elle ne s'applique donc qu'aux matériaux organiques et pas du tout aux produits minéraux ;

*la méthode s'appuie sur le principe d'actualisme, et suppose que le rapport ¹⁴C/C est resté constant depuis la mort de l'élément à dater jusqu'à aujourd'hui ; ce n'est pas tout à fait le cas et des corrections sont donc nécessaires;

*la fermeture du système de l'élément à dater est aussi indispensable ; s'il incorpore de nouveaux atomes de carbone après sa mort, le rapport ¹⁴C/C est bouleversé et le résultat ne sera pas fiable ;

*la quantité de carbone radioactif diminue de moitié tous les 5 730 ans, qui est la valeur de la période de cet élément ; on ne peut donc dater que des éléments datant de moins de 50 000 ans au maximum (soit environ huit périodes) et les résultats sont relativement approximatifs au-delà de 35 000 ans 

II- LA DATATION PAR THERMOLUMINESCENCE

A-  Définition

On appelle luminescence l'émission de tout rayonnement électromagnétique visible, ultraviolet ou infrarouge, qui n'est pas d'origine purement thermique. Des phénomènes de luminescence sont connus depuis des milliers d'années. 

La thermoluminescence (TL), est un phénomène physique qui se traduit par la propriété qu’on certains cristaux d’émettre de la lumière lorsqu’on les chauffe. A condition qu’ils aient été au préalable soumis à une irradiation naturelle ou artificielle due à des rayonnements ionisants. La quantité de lumière  émise par TL est proportionnelle à la dose de radiations reçues.

B-    Le principe de la datation par TL

Un certain nombre de cristaux comme le quartz, le feldspath, le zircon, ont la propriété d’accumuler au cours du temps, sous forme d’énergie au niveau atomique, l’irradiation naturelle et cosmique du lieu où ils se trouvent. Quant ils sont ensuite soumis à une très forte température, ils restituent l’énergie accumulée sous forme de lumière (photons). Une fois refroidis, l’accumulation peut reprendre.

Pour un type de chauffage donné, la quantité de lumière émise est proportionnelle au nombre d’électrons libérés, lui-même proportionnel au nombre de charges initialement capturées, lui même proportionnel au temps écoulé depuis le dernier vidage des centres pièges.

C-    Les matériaux concernés, le domaine chronologique et précision

Les matériaux concernés sont :

        -les céramiques

        - les matériaux de construction (briques, tuiles, terre de clayonnage incendiée,…)

        - les silex chauffés, les roches volcaniques

       - la calcite des stalactites ou stalagmite

          La TL est sollicité en archéologie lorsque l’absence de restes organiques, interdit l’emploi du C14. Le domaine d’application dépasse la limite de C14. Il concerne en particulier l’intervalle du temps compris entre la limite supérieurs du C14 et la limite inférieure du K-Ar, soit de 50000 à 200000 ans. Elle contribue en particulier, à la chronologie du paléolithique, ainsi qu’à l’affinement des chronologies historiques et protohistoriques.

La précision est de 7 à 5% pour un age ; la datation d’un évènement peut nécessiter l’étude de plusieurs échantillons, ce qui permet de réduire, dans certains cas, cette incertitude à 4%.

D- Domaine d’utilisation et précision de mesure

On l’utilise principalement dans deux disciplines :

-          l’archéologie : datation de poteries, éléments architecturaux en terre cuite, sculptures en terre cuite, fours, bronze (noyau), pierres brûlées des foyers, outils et éclats de silex chauffés.

-          La géologie : roches ignées (volcanites), calcites (stalagmites) lœss, dunes, cratères de météorites

Précision sur les âges :

-          le champ d’action est d’environ 100ans à presque 1000000 d’années

-          imprécision de 5 à  15% compte tenu de la dose externe mesuré sur le site, pouvant aller jusqu’à  20% sur les objets hors du contexte archéologiques.

E- Limites de la TL

La mesure peut être faussée par tout évènement inconnu qui aurait chauffé fortement l’échantillon, comme un incendie. Pour les fours de potier, on n’obtient que la datation de la dernière utilisation. D’autre part, l’exposition accidentelle de l’échantillon à une source radioactive artificielle brouille définitivement les calculs.

   Les cristaux ont une limitation naturelle de stockage de la radioactivité naturelle. Au-delà d’un certain seuil, ils ne réagissent plus. On estime à 700000 ans l’ancienneté maximale mesurable avec la méthode de thermoluminescence.

III- LA DENDROCHRONOLOGIE

A-      Définition

Inventé et développé au cours du XX siècle par A. E. Douglass, la dendrochronologie est une méthode scientifique, qui permet non seulement d’obtenir des datations des pièces de bois à l’année près, en comptant et analysant la morphologie des anneaux de croissances des arbres mais aussi, elle permet de dater avec une grande précision les sites archéologiques qui contiennent du bois. La dendrochronologie se prête particulièrement à la datation des pièces de bois issues de fouilles sous-marines. Elle permet également, de reconstituer les changements climatiques et environnementaux.

B-       Les principes de la dendrochronologie

Sous latitudes moyennes, les arbres poussent en produisant du bois lorsque les conditions climatiques  sont favorables (du début du printemps à la fin de l’été). Au printemps, les cernes sont clairs car les vaisseaux qui conduisent la sève sont plus larges, ce qui engendre des flux plus importants.

L’analyse d’un échantillon de bois en repérant ses anneaux de croissance et en attribuant à chacun d’entre eux, un millésime de formation, permet de détruire les conditions climatiques contemporaines à la vie de l’arbre.

En prenant des échantillons dans différents sites d’une même région et ayant poussé à des époques différentes mais se regroupant, il est possible de recomposer une séquence sur plusieurs siècles et de créer une chronologie de référence permettant de réaliser des études paléo climatiques.

 La comparaison du profil de croissance d’un morceau de bois d’une époque indéterminée avec cette chronologie permet  sa datation exacte à l’année près. Cette propriété a permis d’établir des courbes calibrations pour corriger les résultats de la datation par carbone14 qui, supposait une concentration de C 14 constante dans l’atmosphère au cours des siècles alors que celle-ci a variée.

C-       Qu’est-ce qu’un cerne de croissance ?

Dans les régions soumises à des climats qui imposent à la végétation, une période d’activité et une période de repos au cours d’une même année, les arbres élaborent chaque année, à la périphérie  de leur tronc, un anneau de croissance appelé cerne annuel.

L’influence des facteurs climatiques se traduit par un cerne large lors d’une année où les conditions météorologiques ont satisfait les exigences climatiques de l’espèce, mince dans le cas contraire.

Il en résulte que des séquences de cernes assez similaires peuvent être observées sur les séries de tous les arbres et constituent de la sorte des repères chronologiques.

D-      L’analyse dendrochronologique et les prélèvements

La dendrochronologie établit des chronologies de référence. La suite des mesures faites sur les cernes d’une pièce de bois est une séquence dendrochronologique individuelle. Les séquences individuelles d’arbres contemporains  sont rassemblées par des calculs simples en une seule séquence synthétique appelée moyenne. Quand une moyenne rassemble suffisamment de bois, elle devient une référence. Les séquences de bois à dater sont alors comparées à la chronologie de référence.

Lors des prélèvements, le dendrochronologue recherche les pièces susceptibles d’offrir le plus grand nombre possible de cernes,  car l’analyse nécessite au minimum une soixantaine de cernes consécutifs sur chaque pièce.

CONCLUSION

 Les archéomètres sont détenteurs d’un savoir-faire spécifique, à l’interface des sciences physico-chimiques, des sciences de la Terre et des sciences humaines. Ils se définissent comme des chercheurs interagissant fortement avec le terrain archéologique (échantillonnages raisonnés, études de sites,...), spécialistes des matériaux, utilisant des méthodes physico-chimiques pour acquérir des données complémentaires à l’étude archéologique, historique, et interprétant les données d’analyses de laboratoire en tenant compte de toutes les autres informations disponibles. L'archéomètre doit, dans ses fonctions, également être apte à faire évoluer les méthodes. Les archéomètres rappellent donc leur attachement à la pluridisciplinarité. L’archéométrie est donc une base fondamentale pour les recherches et l’analyses des résultats archéologiques.