analyse de résidus organiques conservés dans des amphores : un état de la question

This title published by Archaeopress Publishers of British Archaeological Reports Gordon House 276 Banbury Road Oxford OX2 7ED England [email protected] www.archaeopress.com BAR S1662 (I) LRCW 2. Late Roman Coarse Wares, Cooking Wares and Amphorae in the Mediterranean : Archaeology and archaeometry © the individual authors 2007 ISBN 978 1 4073 0098 6 (complete set of 2 volumes) ISBN 978 1 4073 0100 6 (this volume) ISBN 978 1 4073 0101 3 (volume II) Printed in England by Chalvington Digital Cover illustration: Eastern Mediterranean Cooking pot from Marseille, La Bourse excavations (1980). [After Coeur-Mezzoud, F., La vaisselle du sondage 10, in Fouilles à Marseille, Les mobiliers (Ier-VIIe s. ap. J.-C.) (eds. M. Bonifay, M.-B. Carre and Y. Rigoir), Etudes Massaliètes 5, 160, fig. 130, Paris] All BAR titles are available from: Hadrian Books Ltd 122 Banbury Road Oxford OX2 7BP England [email protected] The current BAR catalogue with details of all titles in print, prices and means of payment is available free from Hadrian Books or may be downloaded from www.archaeopress.com

ANALYSE DE RÉSIDUS ORGANIQUES CONSERVÉS DANS DES AMPHORES : UN ÉTAT DE LA QUESTION

NICOLAS GARNIER

Directeur scientifique, Sarl Laboratoire Nicolas Garnier, membre du réseau Arch&Art, 32 rue de la Porte Robin, 63270 Vic-le-Comte, France ([email protected])

Les amphores romaines retrouvées dans les épaves sous-marines de la Méditerranée occidentale ou sur des sites terrestres reflètent le commerce antique dans le monde romain durant l’Antiquité. Des analyses chimiques préliminaires ont montré que la matière organique était bien conservée tant en contexte marin que dans un environnement sédimentaire terrestre humide. Ces conditions de conservation sont garantes de l’exceptionnelle survie au cours des temps des biomolécules archéologiques, témoins des activités humaines d’autrefois. Afin d’identifier les résidus organiques absorbés dans les parois poreuses de ces récipients, la méthodologie permettant de déceler des traces d’acides gras et jusqu’alors utilisée, a été entièrement revue (travaux de F. Formenti puis R.P. Evershed). Le but est désormais de caractériser la matière organique conservée telle quelle, en évitant toute préparation de l’échantillon menant à une perte d’information. De plus, le but de tout analyste est de mettre au point une méthodologie analytique universelle permettant de caractériser les lipides (huiles, graisses, cires), les protéines (sauces de poissons, viandes, salaisons), les glucides (gommes, céréales, etc.) et les polyphénols (tannins des fruits), ces derniers étant restés trop longtemps inexplorés. La méthodologie proposée se décline en plusieurs étapes : - une préanalyse par pyrolyse couplée à la GC-MS (chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse). L’empreinte pyrolytique obtenue permet d’écarter les échantillons dépourvus de matière organique préservée, et de classer les échantillons suivant les quatre familles chimiques : lipides, polysaccharides, protéines et polyphénols. - pour chaque famille chimique, les biomarqueurs natifs constitutifs du matériau biologique originel sont recherchés, leur structure moléculaire et leur l’état de conservation caractérisés. Méthodes de spectrométrie de masse (MS) utilisées : MALDI-TOFMS et electrospray (ESI-MS), pour les matériaux non volatils, HRGC-MS (chromatographie en phase gazeuse haute résolution couplée à la MS pour les molécules volatiles). Nos études ont été plus particulièrement poussées dans le cas des lipides conservés dans des amphores africaines, afin d’identifier le plus précisément possible les corps gras originels. Traces d’huiles végétales et pour certaines huile d’olive ont été détectées. Les limites de l’analyse et de l’interprétation sont soit dues à un référentiel actuel encore trop peu étendu, soit à des biomarqueurs natifs trop dégradés et ayant perdu une partie de leur « information chimique ».

MOTS CLÉS : COMMERCE, ANALYSES CHIMIQUES, RÉSIDUS ORGANIQUES, CHROMATOGRAPHIE EN PHASE GAZEUSE, SPECTROMÉTRIE DE MASSE, LIPIDES, AMPHORES AFRICAINES.

Les études de matériel archéologique menées jusqu’à présent reflètent peu l’importance et la diversité des matériaux organiques amorphes utilisés dans l’Antiquité : denrées alimentaires, produits pharmaceutiques ou cosmétologiques, adhésifs, imperméabilisants, etc. Les restes les plus faciles à repérer sont les enduits d’imperméabilisation des amphores retrouvés au fond des récipients, matériaux continus marron-noir d’aspect assez divers, souvent mats, en film très friable ou en masse vitreuse compacte, provenant de bois ou de résines de conifères. Les moyens analytiques, développés dans le cadre de l’archéométrie depuis 1976 environ, ne permettaient d’identifier que les matériaux de composition chimique simple et présents en grande quantité comme les résines. Les progrès analytiques, tant matériels que dans le domaine de la réflexion autour des protocoles de préparation et de purification mis en œuvre, permettent aujourd’hui d’avoir accès à une large part de

l’information chimique contenue dans la matière organique. Les matériaux sont dégradés par action de l’homme et par les millénaires d’enfouissement dans le sédiment et ne sauraient présenter une empreinte identique à celle de leurs homologues contemporains. Le degré de dégradation et par complémentarité, de conservation de chacun dépend de plusieurs facteurs : sa constitution chimique, la structuration biologique de l’organite biologique qu’il compose, les propriétés acidobasiques, oxydoréductrices et l’activité biologique de ses molécules constitutives et de son milieu environnant. Dans le cadre de ce rapport, nous nous intéresserons aux matériaux amorphes, excluant tout matériau botanique à structure biologique définie comme les graines, les noyaux, le bois, les tissus kératinisés (poils, ongles, cornes, cheveux). Le caractère inhérent biorésistant de ces matériaux leur garantit une subsistance au cours du temps et permet leur identification par des

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méthodes naturalistes. Ce n’est que lorsque ces méthodes d’examen ne peuvent donner d’éléments de réponse en raison du caractère amorphe du matériau que l’analyse chimique organique devient le recours indispensable. Les matériaux organiques amorphes susceptibles d’être conservés et identifiés dans des céramiques peuvent être classés suivant leur origine animale ou végétale et leur degré d’élaboration (Tableau 1). Indépendamment de leur origine, une approche biomoléculaire est nécessaire en vue d’une identification par analyse organique de chaque matériau conservé. Les résultats se déduisent de la détection d’associations de molécules dont la structure moléculaire est déterminée par des méthodes spectrométriques. Elles peuvent être classées globalement suivant quatre familles chimiques principales auxquelles correspondent autant de méthodes de préparation et d’analyse de l’échantillon : lipides (huiles, graisses, cires) parmi lesquels les terpènes (oléorésines), polyphénols (dérivés de fruits), protéines (sauces de poisson, viandes et charcuterie, légumineuses), saccharides (pains, bouillies, pâtisseries). Pour optimiser les résultats obtenus, les biomarqueurs (molécules originelles grâce auxquelles le matériau peut être identifié) doivent être extraits suivant un protocole adapté à chaque classe de composés, purifiés, dérivés pour permettre l’analyse par une ou plusieurs techniques, séparatives (chromatographie en phase gazeuse, GC) ou spectrométriques (spectrométrie de masse couplée à la GC, ou adaptée aux composés peu volatils en mode MALDI-TOFMS ou ESI-MS). La pertinence des résultats dépend aussi grandement du degré de dégradation–conservation des constituants chimiques, premier point que nous allons détailler avant de s’intéresser au contenu lui-même des amphores.

1. DÉGRADATION DE LA MATIÈRE ORGANIQUE

Les matériaux organiques présentent des vitesses de dégradation variables, relatives aux différentes réactions chimiques auxquelles ils sont soumis. Les réactions d’hydrolyse des triglycérides sont par exemple favorisées à pH acide ou basique et leur vitesse croît avec l’activité de l’eau, paramètre physique reflétant la teneur en eau d’un milieu. L’oxygénation de l’environnement joue aussi en faveur de l’activité bactérienne : en milieu réducteur, les cellules privées d’oxygène voient tous leurs mécanismes métaboliques bloqués. Les meilleurs contextes de conservation sont d’une part les milieux arides chauds ou froids, d’autre part les milieux aqueux anaérobies (lacs, ports et lagunes envasés, mers au-dessous de la limite d’agitation des eaux de 30 m environ). Une première étude de milieu d’enfouissement permet d’évaluer la possibilité de retrouver des restes organiques et, suivant les familles chimiques, d’émettre des hypothèses quant aux voies de dégradation et à l’état de conservation des matériaux : des triglycérides non hydrolysés mais oxydés en milieu désertique chaud, des triglycérides hydrolysés et réduits en contexte lacustre.

Selon les règles classiques de la cinétique et de la thermodynamique chimique, toute augmentation de température accélère les réactions chimiques. Mais une augmentation trop importante de la température peut conduire à favoriser une réaction secondaire (réaction B) plutôt qu’une autre (réaction A), ce qui provoque une accélération de la réaction B et un ralentissement voire une disparition du chemin réactionnel A. Toutes les possibilités doivent donc être étudiées au cas par cas et ne peuvent être généralisées trop hâtivement. De l’élaboration du matériau jusqu’à sa découverte et son analyse, trois phases de dégradation de la matière organique peuvent être envisagées : - par action anthropique lors de l’élaboration des matériaux : par mélange, des produits peuvent réagir entre eux mais c’est surtout lors l’étape de chauffe que les réactions de dégradation (déshydratations, hydrolyses, aromatisations...) sont observées. Ces réactions, engendrant des marqueurs de dégradation anthropique à partir des biomarqueurs, sont essentiellement à considérer pour les matériaux résineux, permettant de différencier les oléorésines brutes des brais. - par action des bactéries et des micro-organismes présents dans le sol lors de l’enfouissement. La matière organique, source nourricière pour ces espèces, est dégradée et assimilée. Les sucres sont les nutriments le plus facilement utilisés. Il est très peu probable de retrouver cette famille chimique en contexte archéologique d’autant que leur hydrophilie les rend compatibles avec le milieu aqueux, ce qui facilite leur perte par lessivage et l’approche des micro-organismes du sol. Les protéines et les lipides sont mieux conservés en raison de leur hydrophobie formant une barrière contre toute attaque microbienne ou bactérienne et limitant les phénomènes d’hydrolyse qui conduisent à leur perte. Par ces processus de dégradation, les biomarqueurs des matériaux biologiques sont transformés en marqueurs de dégradation naturelle. Sur de longues échelles de temps, ceux-ci s’apparentent aux marqueurs de dégradation anthropique, car une chauffe correspond à une accélération de tous les mécanismes chimiques de dégradation observables au cours du temps. - par des micro-organismes présents dans la céramique après l’exhumation du tesson. Pendant l’enfouissement, la céramique est conservée dans un milieu de pH, température et hydrométrie stables. Lorsque le tesson est sorti de son contexte, les conditions environnementales varient, provoquant la réactivation de tous les micro-organismes présents à la surface ou dans les parois de la céramique. Ces organismes ont besoin d’une source d’énergie qu’ils trouvent dans la matière organique résiduelle encore conservée. Afin de limiter l’activité enzymatique de tous les organismes et donc la perte irréversible de la matière organique résiduelle, le tesson doit être conservé au frais ou au froid, dans un endroit sec dès la fouille, idéalement dans un sac hermétique sous atmosphère inerte (azote ou argon). Tout cycle de

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température et/ou d’hygrométrie doit être soigneusement évité. Même si les conditions d’enfouissement ne sont pas idéales, de nombreux constituants organiques ont pu être identifiés à ce jour : des acides terpéniques dont les propriétés antiseptiques les protègent des dégradations bactériennes, des corps gras (huiles, graisses et cires), des produits vinaires et des sauces de poissons. Les résidus organiques peuvent présenter divers aspects, indépendants de leur constitution. On peut distinguer les résidus visibles — prélevés avec une lame de scalpel propre sur site — de ceux indécelables à l’œil nu ou à la la loupe binoculaire — traités au laboratoire uniquement. Sauf dans le cas de « caramels de cuisson » trop carbonisés et constitués uniquement de carbone minéral, ces dépôts révèlent des résultats positifs à l’analyse organique. Le second type de résidus est constitué de traces de matière organique qui, lors du contact avec la céramique, a diffusé à travers les parois poreuses du conteneur et est restée piégée. Le seul moyen de prélever ce type d’échantillon est de casser un tesson, le broyer et l’extraire par des systèmes de solvants adaptés aux produits recherchés, au laboratoire (Charters, Evershed et Goad 1993). Les moyens analytiques ne permettaient il y a encore quelques années de ne traiter que les résidus visibles, présents en grande quantité (plusieurs milligrammes voire grammes). L’évolution technologique des appareillages permet aujourd’hui de travailler sur quelques microgrammes de matière. Cependant, si les limites de sensibilité pourront encore être repoussées dans les années à venir, les échantillons archéologiques présenteront toujours la même difficulté, savoir une proportion notable de pollutions provenant de la matière organique du sol (acides humiques, constituants chimiques des micro-organismes du sol, etc.), appelés marqueurs de contamination. Ces molécules migrent lors de l’enfouissement de la céramique de l’environnement vers le tesson. Si les proportions de biomarqueurs et de marqueurs de dégradation provenant du contenu égalent ou sont inférieures à celles des marqueurs de contamination, l’analyse n’a guère de pertinence et doit être sagement abandonnée pour ledit tesson. Enfin il est à noter que la matière organique contenue dans un récipient reflète toute la vie du conteneur depuis son élaboration. À chaque utilisation, les matériaux organiques restés au contact des parois sont susceptibles d’avoir laisser des traces. Les matériaux solides, des grains par exemple, ne laisseront quasiment aucune trace en raison de la faible probabilité d’échange de matière entre deux solides. En revanche tous les matériaux liquides ou plastiques, boissons, sauces, graisses, poix, auront été suffisamment longtemps en contact pour favoriser la diffusion des molécules. Stockage, préparation, cuisson et consommation des aliments et de nombreuses activités artisanales (brassage, préparation des produits laitiers et des conserves, tannage des cuirs, teinture, foulage, lavage des tissus, etc.) sont autant

d’occasions d’imprégnation de la céramique, faisant des matériaux organiques des marqueurs pertinents de l’activité humaine. Les résidus organiques retrouvés dans des amphores apportent différents témoignages quant à la vie et l’utilisation du récipient. Nous nous intéresserons successivement à quatre type de contenus : les agents d’imperméabilisation, les huiles, les produits vinaires et les sauces de poisson.

2. LES ENDUITS : POIX ET CIRE

L’examen des tessons de céramiques archéologiques montrent, pour certains types morphologiques, des enduits internes ou des encroûtements pouvant atteindre plusieurs centimètres d’épaisseur. Ils correspondent à des matériaux résineux parmi lesquels les oléorésines (ou résines-gemmes) et les goudrons végétaux (appelés brais ou poix). Deux types de céramiques en conservent des traces : celles dans lesquelles ils ont été élaborés — pots à double fond, caractéristiques des productions de goudron dans la région des Causses — et celles qui ont été imperméabilisées par application d’enduit résineux — amphores, dolia, cruches... L’enduit noirâtre plus ou moins épais d’oléorésine ou de poix assure l’étanchéité des parois, très poreuses envers les milieux aqueux. Le phénomène de diffusion de l’eau à travers les parois de récipients en céramique non vernissée est attesté par l’ancienne coutume encore répandue dans toute l’Égypte et les campagnes de l’Europe méridionale où, pour obtenir de l’eau fraîche, le liquide est placé dans de grands récipients en terre cuite. L’eau pénètre les parois et diffuse à travers celles-ci. Arrivées à l’extérieur, les molécules d’eau s’évaporent en captant l’énergie latente de vaporisation à l’argile des parois. Ainsi par un lent phénomène de diffusion et de vaporisation des molécules d’eau dont la vitesse est régie par la taille des pores de la céramique, les parois et — par diffusion thermique — l’eau contenue sont maintenues fraîches. Jusqu’à présent, la présence ou non de cet enduit noir permettait de distinguer les amphores à contenu aqueux (amphores à vin ou à saumure) des amphores à huile. Les matériaux résineux sont souvent dits « incompatibles » avec l’huile car celle-ci, en tant que matériau organique hydrophobe, dissout totalement l’imperméabilisant de nature organique. Mais en est-il toujours ainsi ?

2.1. Terminologie des matériaux résineux

Tout d’abord, revenons sur la terminologie : le terme poix, désignant habituellement les enduits internes sombres des céramiques, regroupe trois matériaux que l’analyse chimique permet de distinguer, correspondant aux trois sources ou procédés de fabrication énoncés par Pline. L’oléorésine ou résine-gemme est un matériau sécrété par l’arbre comme moyen de défense contre les agresseurs

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externes tels des insectes létaux, constitué de métabolites secondaires renfermant monoterpènes et acides résiniques, en accord avec la Pharmacopée française (8e édition) la définissant comme un « exsudat principalement constitué de composés résineux et de composés volatils » (norme NF T 75-006, oct. 1987). La fraction résineuse est constituée d’acides diterpéniques (molécules en C20) pour les conifères et de triterpènes (molécules en C30) pour les feuillus, la fraction volatile par des mono- et sesquiterpènes (molécules en C10 et C15). Aux oléorésines on oppose les gommes-résines ou gommo-oléorésines, exsudats principalement constitués de composés résineux (acides terpéniques) et de gommes (polysaccharides), comme la « gomme » gutte, associés à des quantités variables de composés volatils (monoterpènes). Parmi les gommo-oléorésines on trouve l’encens ou oliban, l’opoponax, la myrrhe et le galbanum par exemple (Mills et White 1977 et 1994). Enfin les matériaux produits par chauffage du bois ou de l’oléorésine. Lors de la distillation de la gemme, les produits volatils obtenus après condensation des vapeurs constituent l’essence de térébenthine (mono- et sesquiterpènes). En fin de distillation, le résidu solide formé de composés non volatils est appelé colophane. Le brai ou goudron végétal est quant à lui le produit poisseux obtenu par chauffage direct du bois. Pline, inspiré d’autres auteurs antérieurs (Théopompe et Dioscoride), précise que la gemme peut être extraite de cinq conifères : - le pin maritime (terme latin : pinaster, Pl., HN XVI, 17). Il fournit une résine abondante ; - l’épicéa (picea, HN XVI, 18). Sa résine très abondante est entremêlée de granules blanches semblables à l’encens ; - le sapin (abietus, HN XVI, 18). Il fournit peu de résine mais produit un bois très recherché pour la construction navale ; - le mélèze (larix, HN XVI, 19). Son bois est de meilleure qualité et sa résine, plus abondante que celle du sapin, ne durcit jamais ; - le taeda (taeda, HN XVI, 19), conifère qui fournit le plus de résine, utilisée pour les « flammes et l’éclairage des cérémonies religieuses ». Cette dernière espèce reste mal définie car le texte de Pline est formé de tronçons empruntés à d’autres auteurs et mal raccordés dans son développement. Le terme poix (pix) désigne globalement le résidu obtenu après traitement par le feu de l’oléorésine ou du bois. Pline distingue deux types de poix obtenus en traitant soit du bois de taeda fendu dans des fours « complètement entourés de feux extérieurs », soit de la gemme. Le matériau utilisé était généralement des éclats de bois résineux (André, Laming-Emperaire et Vercoutter 1964, 883-885). Lorsque le bois « bouillonne », un premier

distillat liquide s’écoule ; l’huile de poix ou « poix liquide » (primus sudor aussi nommée pix liquida) utilisée en tant qu’huile essentielle ; Pline reprend d’Hérodote l’usage de l’huile de poix pour « conserver les cadavres » en Égypte. Le second liquide, semi-solide, est de nouveau distillé dans des chaudrons de cuivre afin d’éliminer les huiles volatiles. Le résidu épais est refroidi brusquement dans l’eau, donnant la poix noire ou poix Brutienne, solide brillant, cassant, de bas point de fusion (30 – 40 °C), aux propriétés adhésives remarquées, auquel on donnait le nom de « poix solide » (pix spissa) ou brai. Les termes palimpissa (Pl. XXIV, 24) ou « poix sèche » désignent aussi le résidu de redistillation de la poix liquide. Pline ne destine le brai qu’au poissage des amphores et dolia (Pl. XVI, 22). Par opposition, un second type de poix était obtenu à partir de « résine d’épicéa (piceae resina) que l’on concentre avec des pierres incandescentes dans de fortes cuves en chêne » (Pl. XVI, 22). Selon ce principe, l’essence de térébenthine volatile distille, et il reste une poix rouge caractérisée par sa viscosité et son « onctuosité supérieure à toute autre ». L’on retrouve la description faite par Pline (XXIV, 24) et par Dioscoride (5i, 72, 1-3) de l’un des premiers appareils à distiller permettant de recueillir le distillat : l’huile qui s’évaporait par chauffage de la résine, recueillie sur des toisons tendues au-dessus du récipient, recevait les noms de pisselaeon ou « huile de poix », ou encore flos pixis ou oleum pissinum (André 1964, 95-96). Le résidu obtenu n’est en aucun cas de la colophane ou un quelconque résidu de combustion, mais une oléorésine que l’on pourrait qualifier de « désaromatisée » — dans le sens où elle a perdu ses constituants les plus aromatiques, les monoterpènes. Après broyage, elle est destinée à l’aromatisation légère des vins. Les rebuts et la croûte de la résine sont recuits en présence d’eau, donnant de la « résine en gouttes » (stillaticia) de couleur rousse. Deux autres types de poix sont encore décrits par Pline. La crapula est obtenue par « cuisson » en présence d’eau ou par évaporation au soleil d’un mélange de gemme (flos crudus resinae) et d’« éclats de bois minces et courts ». Cette hydrodistillation conduit encore à l’évaporation de l’essence de térébenthine et l’obtention de la « meilleure résine », crapula, rare, utilisée en médecine. La meilleure crapula n’est pas tirée de conifères, mais du pistachier lentisque plutôt que du pistachier térébinthe. Le second produit, la zopissa, est selon Dioscoride un mélange de gemme et de cire « raclée des navires et qui se dissout au contact de l’eau de mer ». Repris par Pline (XVI, 23), Dioscoride (I, 72, 3) ne précise pas l’identité de la cire mais, vue la production abondante de miel, l’on peut soupçonner un mélange de cire d’abeille et de gemme. Étant données les propriétés hydrophobes des constituants de la cire, on peut discuter le terme « dissolution » dans un milieu fortement ionique, valable uniquement pour les composés acides diterpéniques. Cette notion de solubilité se retrouve dans les procédés modernes d’obtention de goudrons végétaux (brais) à

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partir de bois de feuillus dont les constituants les plus acides sont extraits à l’eau. En revanche, seule la fraction de goudron insoluble — appelée aussi goudron végétal ou goudron de bois — riche en composés phénoliques (guaïacol), est utilisée pour le calfatage des navires (FAO 1983). Enfin Pline (XXIV, 25) distingue un dernier dérivé du bois de résineux, le pissasphalte (pissasphaltos), mélange « naturel » (?) de bitume et de poix dont le procédé d’élaboration n’est hélas pas spécifié, ne permettant pas d’en préciser la nature.

2.2. Identification chimique

Identifier l’origine biologique et la chaîne opératoire subie par un matériau archéologique est le résultat d’une série d’interprétations des données brutes d’analyse. Plusieurs techniques analytiques sont mises en œuvre suivant la famille chimique étudiée et l’information recherchée, de même pour les protocoles opératoires. Alors que différentes méthodes de caractérisation ont été testées depuis les années 70, la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC–MS) (Evershed, Heron et Goad 1990 ; Evershed et al. 1992), éventuellement précédée par une étape de pyrolyse (PY) ou de thermochimiolyse (THM), s’est imposée au cours des dernières années. Pour chaque échantillon, les données brutes d’analyse sont traitées ainsi : - identification de chaque composé par son spectre de masse, - classification des composés identifiés suivant des (sous)-familles chimiques et formation d’associations, - dans chaque sous-groupe, distinction des biomarqueurs, marqueurs de dégradation anthropique ou par voie naturelle, marqueurs de contamination, - formulation d’hypothèse sur l’origine biologique du matériau, - identification des biomarqueurs dont sont issus les marqueurs de dégradation et vérification de la cohérence des voies de dégradation impliquées, par connaissance de la composition du matériau moderne, - comparaison de l’empreinte chromatographique du matériau archéologique et de son homologue contemporain présumé, - vérification fine composé par composé de la correspondance entre les deux matériaux, - comparaison des spectres et du chromatogramme de l’échantillon archéologique aux données déjà obtenues pour d’autres échantillons archéologiques pour confirmer l’hypothèse, - stockage des données spectrales et massiques pour l’enrichissement de la base de données. L’identification de matériaux résineux repose sur la détection d’association de biomarqueurs et de leurs marqueurs de dégradation appartenant à la famille des acides diterpéniques (Addeo et al. 1979 ; Robinson et al. 1987). La figure 1 présente les constituants majoritaires des oléorésines de conifères ainsi que leurs marqueurs de dégradation engendrés par voie thermique (chauffage

anthropique) ou radicalaire (oxydation par l’oxygène de l’air et/ou la lumière). La composition relative en les différents marqueurs diterpéniques permet d’identifier une espèce, parfois un genre. La méthode analytique utilisée peut influer sur les résultats obtenus, notamment sur sa pertinence. Plusieurs techniques sont offertes, le choix est effectué par l’analyste en fonction de l’information demandée par l’archéologue.

Analyse directe par spectrométrie de masse

Afin de détecter la présence de matériaux résineux, un fragment (< 0.1 mg) ou un extrait méthanolique (5 µL) de l’échantillon brut est placé sur un filament de tungstène dans la source du spectromètre de masse. Par passage d’un courant croissant, les molécules désorbent suivant leur volatilité relative et sont détectées par leur pic moléculaire en spectrométrie de masse. La courbe obtenue, dite courbe de désorption, de l’enduit d’une amphore corinthienne (épave de Pointe Lequin 1A) est présentée à la figure 2, en l’absence (Fig. 2a) et en présence (Fig. 2b) d’un réactif méthylant (TMAH). Les diterpènes sont identifiés par une série de pics à m/z 313, et m/z 332 correspondant à l’acide déhydroabiétique, principal biomarqueur des oléorésines de pins. La forme de la courbe permet de différencier les oléorésines des goudrons : alors que les acides diterpéniques méthylés désorbent à une température proche de 130 °C (temps d’analyse correspondant vers 0,80 min), les acides libres désorbent à une température supérieure de l’ordre de 160 °C (vers 1,10 min). Les oléorésines ne renferment que des acides libres, donnant une courbe unimodale, tandis que les goudrons contiennent des acides libres et méthylés, conduisant à une courbe bimodale. L’ajout de réactif méthylant comme le TMAH permet une augmentation de la sensibilité de l’analyse, utile pour repérer des traces infimes de matière, souvent invisibles ; son inconvénient est qu’il estérifie tous les acides et transestérifie les esters, formant des esters méthyliques. Ainsi la courbe de désorption présente un seul pic correspondant aux acides méthylés.

Analyse par (THM)–GC–MS

L’analyse par GC–MS nécessite l’extraction de la matière organique par un solvant organique (méthanol, dichlorométhane) après prélèvement d’un résidu visible ou broyage d’un tesson. L’extrait organique centrifugé, filtré et évaporé (quelques microgrammes) et dérivé pour rendre compatibles les molécules et permettre leur séparation avec les colonnes chromatographiques. Il peut soit être méthylé, soit triméthylsilylé (TMS). Dans le premier cas, acides libres et acides méthylés natifs seront tous méthylés, engendrant une convergence des profils et une perte d’information. La triméthylsilylation conduit à des acides libres TMS, les acides méthylés restent intacts. Oléorésines et goudrons peuvent donc aussi être


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différenciés par ce biais. Depuis peu, l’utilisation de la thermochimiolyse (THM), i.e. de la pyrolyse (400 à 650 °C suivant les protocoles) en couplage on line avec un système GC–MS évite la phase de dérivation de l’échantillon qui s’effectue in situ dans la chambre de pyrolyse par ajout d’un réactif méthylant (TMAH) ou silylant (HMDS). Les résultats sont identiques à ceux obtenus par dérivation classique. Toutefois, la THM–GC–MS s’est montrée particulièrement efficace pour l’analyse des échantillons archéologiques en raison de son universalité parmi les matériaux, permettant en une seule analyse d’identifier résines, lipides, polyphénols. L’analyse de résidus vinaires présentée infra détaille l’identification de marqueurs vinaires et résineux caractéristiques de la poix (Garnier et al. 2003).

2.3. Résultats analytiques

Parmi plus de 200 résidus d’amphores analysés, la plupart des associations moléculaires identifiées (> 98 %) sont caractéristiques d’espèces Pinus sp. L’exploitation industrielle des forêts de pins et la construction de fours à poix ont permis de subvenir à la demande grandissante d’enduit, nécessaire au poissage des amphores. La quantification des trois classes de marqueurs (biomarqueurs, marqueurs de dégradation anthropique ou naturelle) a révélé la distribution résumée dans la figure 3, permettant de distinguer les procédés d’élaboration des matériaux. Un chauffage induit une augmentation des marqueurs d’activité anthropique (hydrocarbures polyaromatiques, acides méthylés) comme pour la poix de Norvège, une oxydation lors de l’enfouissement une augmentation des marqueurs de dégradation (acides diterpéniques oxydés). Ces échantillons se répartissent en deux groupes : - les oléorésines « cuites » selon la recette de Pline, fortement oxydées et ne comprenant pas d’acides méthylés. C’est le cas des enduits des amphores du Dramont et de rares échantillons comme une Dr. 2-4 de Pise. - les goudrons végétaux, renfermant une forte proportion d’acides méthylés. Ces matériaux, majoritaires, ont fait l’objet d’un traitement du bois de pin par distillation en vase clos, comme le permettent les fours à poix de Thasos ou les pots à double fond des Causses. De cette étude il apparaît que les amphores des différents sites étudiés, Pisa San Rossore, Melun, Rouen et des épaves sous-marines sont principalement enduites d’un goudron et non de résine. La technique de l’oléorésine cuite semble moins répandue. Son obtention nécessite plus de main-d’œuvre pour la récolte de la gemme, et son procédé d’élaboration par évaporation des composés volatils au contact de pierres incandescentes semble moins bien adapté à la production de masse requise par le commerce important de vins et de saumures dans le bassin méditerranéen. Cependant, il est difficile de confronter ces données aux travaux précédemment publiés, réalisés par Addeo, Beck, Heron ou Mills en

raison du protocole opératoire utilisé par ces auteurs, mettant en œuvre la dérivation avec du BF3 /MeOH qui induit une convergence des profils oléorésine / goudron. Ces résultats ne permettent de préciser que la provenance biologique Pinus sp., aucune autre hypothèse plus précise concernant le procédé d’élaboration de l’adhésif ne pouvant être avancée. Parmi les quelques 200 amphores analysées, deux ont montré un profil chromatographique différent des brais de Pinus sp. courants de la Méditerranée occidentale. L’une, africaine de l’épave de la Palud I, était enduite d’une poix triterpénique provenant d’un pistachier, l’autre (amphore orientale de Palmyre) d’un brai issu de pin d’Alep. Si les deux amphores n’étaient probablement pas destinées à contenir une denrée médicinale vue leur capacité, la présence de telles oléorésines révèle que les enduits d’imperméabilisation étaient issus des produits de l’exploitation forestière locale : contrairement aux époques antérieures où l’utilisation du brai de bouleau à des fins d’adhésion ou d’imperméabilisation semblait universellement répandue dans toute l’Europe occidentale (Regert et Pétrequin 1997 ; Regert et al. 2000), aucun échantillon antique analysé ne dénote la présence d’un quelconque marqueur de cette essence. Déjà signalée dans un adhésif néolithique du site de Chalain, la gemme de Pinus sp. était mélangée à de l’écorce de bouleau (Garnier 1999) ; après chauffage contrôlé du mélange, le goudron résultant était utilisé pour ses propriétés adhésives (Regert et al. 2003). Hormis cet échantillon, les témoignages d’utilisation d’oléorésines de pins sont rares pour la période néolithique ou l’Âge du Bronze. Durant l’Antiquité, l’exploitation de la gemme de pin semble se généraliser. Elle est utilisée comme adhésif ou comme imperméabilisant d’amphores (Addeo et al. 1979 ; Heron et Pollard 1988), et remplace progressivement le brai de bouleau, encore utilisé dans le Nord de l’Europe pour la réparation de poteries fragilisées (Charters, Evershed et Goad 1993). La carte ci-dessous résume les résultats publiés pour les matériaux adhésifs et imperméabilisants, du Néolithique à l’Antiquité (Fig. 4). Il ressort qu’au Néolithique, le brai de bouleau était le principal matériau utilisé pour la fabrication d’adhésifs. Son utilisation s’étend jusqu’aux côtes méditerranéennes (site de Giribaldi), à cette époque probablement entourées de forêts de bouleau, reliquat des forêts glaciaires. Plus au sud, l’utilisation de brai de bouleau ne paraît pas avoir été mentionnée, et dès le début du Ier millénaire, les forêts de résineux sont exploitées pour la production d’adhésifs ou d’agents imperméabilisants (site de la Castellina, VIIIe – VIe s.). La distribution spatio-temporelle des échantillons identifiés de brai de bouleau et de résines de conifères laisse penser que l’exploitation des forêts relève d’habitudes culturelles nettement différenciées entre le Nord et le Sud de l’Europe. Les oléorésines de conifères ont lentement supplanté le brai de bouleau. Il est probable

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que ce changement soit dû à l’évolution culturelle et environnementale et liée au recul des forêts glaciaires. Notons un cas particulier d’enduit retrouvé dans une cruche régionale de Rouen (Ier - IIIe s.) renfermant un mélange de goudron de pin et de cire d’abeille. La figure 5a montre le chromatogramme obtenu par GC–MS de l’extrait de l’enduit interne de la cruche, dominé par l’acide DAB et le rétène, marqueurs de chauffage de bois de pin. Le spectre MALDI–TOFMS (Figure 5b) de l’échantillon en présence d’ions Ag+ montre trois massifs de composés lourds, l’un correspondant aux hydrocarbures de la cire (m/z 487 à m/z 571), le second aux monoesters (m/z 699 – 839), le dernier aux diesters (m/z 953 – 1065). La sensibilité accrue de la méthode permet de détecter des traces de cire là où les méthodes classiques comme la GC–MS ne révèlent aucun composé lourd. La qualité des spectres et la quantification de plus d’une cinquantaine de biomarqueurs permet non seulement de caractériser le matériau, mais aussi de différencier certaines espèces d’abeille ou d’apporter des éléments concernant la chaîne opératoire suivie par le matériau : mélange avec d’autres substances organiques ou minérales, réactions comme la saponification, chauffage, conditions d’enfouissement... L’enduit analysé a donc été produit par mélange de goudron de pin et de cire d’abeille, technique mentionnée par Pline sous le nom de zopissa. Une seconde hypothèse serait que le récipient une fois poissé a contenu un dérivé de la ruche : du miel mal raffiné contenant encore des quantités importantes de cire, ou de l’hydromel issu d’un miel de qualité identique.

3. LES CORPS GRAS : HUILES, GRAISSES ET CIRES

3.1. Évolution des méthodes analytiques

Les graisses animales et les huiles végétales ont été les premiers matériaux recherchés en archéométrie en raison de leur large utilisation en alimentation. Les premières études publiées décrivent une méthode d’extraction par saponification des tessons broyés (Condamin et al. 1976). Seuls les principaux acides gras (acides palmitique 16:0, stéarique 18:0 et oléique 18:1) étaient recherchés. Or les acides gras sont universellement répandus dans les règnes animal et végétal : l’acide oléique, présent parmi les acides majoritaires de toutes les graisses animales et les huiles végétales, ne permet pas de distinguer l’origine. Par la détection du seul marqueur acide oléique, l’analyse chimique vient simplement conforter les hypothèses émises à partir des études typologiques. Mais elle ne suffit en aucun cas pour démontrer, par de seuls arguments chimiques, la présence d’une huile végétale. Les raisonnements jusque là énoncés étaient plus fondés sur des indices archéologiques (absence de poissage, remontée de film huileux lors d’orage dans des cuves de pressoirs) que sur une véritable démonstration chimique, ce qui n’enlève rien à la valeur de ces travaux pionniers qui jetèrent les bases de l’archéologie biomoléculaire.

Dans les années 1990, la GC et la GC–MS à haute température furent mises à profit pour détecter les triglycérides natifs (notés TAGs), leurs marqueurs de dégradation par voie hydrolytique (di-, monoglycérides et acides gras) associés à des stérols en faibles proportions (Evershed et al. 1992 ; Charters et al. 1995). Le tesson broyé est extrait par des mélanges de solvants et la saponification de l’extrait organique obtenu, qui introduit une étape supplémentaire de dégradation et donc une perte d’information, est abandonnée au profit de la triméthylsilylation. Ce traitement permet de différencier les acides gras issus de triglycérides hydrolysés, des acides gras impliqués dans les glycérides. Si la GC–MS est adaptée à l’analyse simultanée des acides gras, mono- et diglycérides et des stérols, la faible volatilité des triglycérides limite les performances séparatives de la GC et l’élution correcte de ces constituants. L’examen précis des résultats obtenus par GC–MS permet, après identification de chaque marqueur par son spectre de masse, de : - détecter la présence de corps gras par la présence d’acides gras (cette détection peut être améliorée en effectuant en parallèle une analyse par thermochimiolyse notée THM, couplée on line à la GC–MS), - différencier des sources animale et végétale par la présence respective de stérols en C27 ou C29, - identifier des produits laitiers par un profil chromatographique élargi de leurs TAGs. La distinction de l’origine animale ou végétale peut être confirmée par la mesure du rapport isotopique δ13 C/δ 12C des atomes de carbone formant les acides gras, par analyse GC-C-IRMS (spectrométrie de masse de rapport isotopique ; Evershed et al. 1994 ; Mottram et al. 1999). L’identification totale des sources botaniques nécessite la mise en œuvre de procédures plus spécifiques, mieux adaptées à l’examen des composés peu volatils : le MALDI–TOFMS et l’ESI–MS, deux techniques de spectrométrie de masse développées depuis 15 ans utilisées pour l’analyse biochimique (protéomique, glycobiologie, etc) (Mottram, Woodbury et Evershed 1997 ; Mottram et Evershed 2001 ; Kimpe, Jacobs et Waelkens 2002). Leur domaine d’application fut étendu aux matériaux archéologiques par introduction d’une nouvelle méthode d’ionisation très douce, non plus par ajout d’un acide mais d’un cation, Ag+ ou Li+ (Garnier 2003). Couplés à d’importants progrès en matière de technologie et de méthodologie, du choix des solvants d’extraction jusqu’aux étapes de purification de l’échantillon, les procédures permettent d’abaisser les limites de sensibilité pour la détection des TAGs et de déterminer totalement leur structure moléculaire. C’est ainsi que par une méthodologie incluant plusieurs étapes d’analyse de plus en plus sélectives et spécifiques du matériau recherché, les différentes huiles et graisses peuvent être dorénavant identifiées. Deux critères limitent cependant la performance de la démarche : d’une part des TAGs originels doivent subsister dans le résidu


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organique, d’autre part le référentiel actualiste doit comporter les équivalents modernes des matériaux étudiés car toutes les identifications sont déduites d’une comparaison des données provenant des matériaux archéologiques et modernes, en incluant les phénomènes de dégradation pour les premiers.

3.2. Analyse systématique par THM–GC–MS

Les tessons ayant été en contact avec des corps gras renferment souvent de faibles quantités de TAGs ou de leurs produits d’hydrolyse. La thermochimiolyse permet de faire converger tous ces composés vers une seule série d’acides gras méthylés, selon des réactions d’hydrolyse – méthylation quasi-quantitatives, et d’obtenir un profil simplifié correspondant aux acides gras constitutifs de la matière lipidique présente, quelque soit son état de dégradation (tri-, di-, monoglycérides ou acides gras). Elle permet simultanément d’identifier les stérols conservés avec une sensibilité accrue. Le profil des acides gras, généralement à nombre pair d’atomes de carbone et leur degré d’insaturation permet d’émettre de premières hypothèses : une association d’acides 16:0 et 18:0 majoritaires influera vers une graisse animale, une forte proportion d’acides insaturés comme l’acide oléique 18:1 vers une huile, un profil élargi d’acides pairs saturés 12:0 – 18:0 vers des produits laitiers, des acides polyinsaturés à longue chaîne (20:5 et 22:6 majoritaires) vers une huile de poisson, l’acide 16:0 en association à la série d’acides pairs 24:0 à 34:0 vers la cire d’abeille (Heron et al. 1994 ; Evershed et al. 1997). Le taux de contamination de l’échantillon pendant son enfouissement est évalué par la proportion d’acides impairs linéaires et ramifiés (15:0 à 19:0, marqueurs de contamination) provenant des parois cellulaires de micro-organismes du sédiment. À ce stade, les triglycérides doivent être purifiés et recherchés par MALDI–TOFMS pour une identification plus pertinente. Les stérols présents sous forme libre ou liée dans l’échantillon sont détectés et identifiés par thermochimiolyse de l’échantillon brut ou extrait. Ces biomarqueurs se conservent particulièrement bien et, malgré leur faible proportion dans les matériaux originels (< 1 % en masse), ils sont généralement détectés dans la plupart des récipients ayant contenu des matières grasses. Plusieurs résidus d’amphores ont ainsi montré des proportions plus ou moins importantes de stérols en C27 – C29, allant de l’état de traces à l’état de composés majoritaires. Après identification de chaque stérol par son spectre de masse, la composition stéroïque de chaque échantillon est reportée sur un diagramme ternaire duquel l’origine biologique peut être déduite : origine animale (prédominance des C27-stéranes) ou végétale (prédominance des C29-stéranes). Cette première taxonomie liée à la composition en stéranes vient compléter les hypothèses précédentes déduites de

l’analyse GC-MS, précédant l’étude précise de la structure moléculaire des triglycérides par ESI-MS/MS.

3.3. De l’huile d’olive dans des amphores vinaires

L’extrait dont l’analyse MALDI a révélé la présence de TAGs natifs est analysé en infusion en présence d’ions Li+ en electrospray ou nanospray. Le spectre ESI–MS obtenu traduit la composition précise massique des TAGs, chacun devant être spécifiquement et complètement identifié par une seconde analyse en ESI–MS/MS. Cette méthodologie inovante permet, par la pertinence des identifications moléculaires, d’identifier des sources biologiques avec certitude. Parmi les récipients analysés, divers corps gras ont pu être mis en évidence dont de l’huile d’olive dans des amphores Dr. 28 et Dr. 1. L’exemple du contenu lipidique d’une Dr. 1 (Pisa San Rossore, Fig. 6) montre une association de TAGs natifs caractéristiques de l’huile d’olive, la trioléine à m/z 891 étant majoritaire. Sa structure est déterminée par ESI–MS/MS (spectre en encart). Des traces de marqueurs de dégradation par voie hydrolytique (DAGs) et oxydante (TAGs hydroxylés) sont aussi identifiés. Parmi une série de 15 amphores identiques analysées dans cette même cargaison, trois amphores poissées présentent le profil lipidique caractéristique de l’huile d’olive, dont deux en association avec des marqueurs polyphénoliques de vin (cf infra). C’est la première fois que de telles associations de matériaux sont découvertes. Ce résultat étonnant mettrait en évidence que les amphores n’étaient pas des récipients à usage unique. Aussi, l’hypothèse selon laquelle la présence de poix exclut les contenus huileux, pourrait être remise en question, tout au moins pour des huiles de mauvaise qualité, non destinée à l’alimentation. Il n’est pas envisageable, pour des raisons gustatives, que de l’huile alimentaire ait été transportée ou stockée dans des récipients poissés car les acides diterpéniques et les hydrocarbures polyaromatiques de la poix, composés hydrophobes, sont extraits par les triglycérides de l’huile, constituants hydrophobes. Aussi, l’huile contenue dans les amphores vinaires devait non seulement avoir dissous une partie des composés résineux, mais son goût devait être entaché de celui des résidus vinaires. Elle ne pouvait qu’être de qualité médiocre et devait servir à la constitution de pommades ou d’huiles pour les soins du corps, ou à usage lampant. Si la méthode ESI–MS(/MS) développée permet l’identification sans aucune ambiguïté d’huiles archéologiques sans avoir recours à des observations de terrain comme la typologie des amphores ou des résultats d’analyses botaniques renseignant les activités agricoles de la région productrice, les résultats des analyses doivent être confrontés aux données archéologiques afin d’enrichir et documenter les habitudes d’utilisation des récipients en céramique durant l’Antiquité.

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4. LE VIN

Jusqu’à présent, les identifications de vin étaient fondées sur la détection d’un seul biomarqueur, l’acide tartrique. Deux méthodes sont utilisées : l’extraction en milieu acide par un solvant organique et l’analyse de l’extrait par GC ou GC–MS (Formenti, Hesnard et Tchernia 1978) ; le chauffage en présence d’acide sulfurique concentré et de β, β’-binaphtol conduisant à un composé inconnu dont la fluorescence verte sous UV est caractéristique (McGovern et Michel 1996). Or, l’acide tartrique n’est présent qu’en faible proportion à l’état libre dans le raisin et le vin. En présence de cations, il forme des précipités de tartrate neutre de potassium, de calcium, de tartrate double, ou des complexes de tartromalate de calcium peu solubles. Les méthodes simples d’extraction sont souvent inefficaces pour déplacer ces complexes et en extraire l’acide tartrique. Quant aux moyens de détection, les méthodes spectrales utilisées comme la spectrométrie infrarouge, fondée sur la reconnaissance de fonctions chimiques (alcool, acide carboxylique et carboxylate pour l’acide tartrique), révèlent la présence d’une somme de fonctions chimiques, sans pour autant identifier une à une les molécules chimiques, conservées en un mélange complexe, auxquelles elles appartiennent. La purification et la séparation des constituants organiques est donc préférable, ce qui limite l’usage des méthodes spectroscopiques. La spectrométrie RMN (résonance magnétique nucléaire), encore inutilisée pour repérer les résidus renfermant des tartrates, se montrerait plus pertinente par mesure du déplacement chimique de chaque atome hydrogène, dont les associations sont caractéristiques de chaque molécule ; cependant la quantité de matière nécessaire pour l’analyse (env. 500 mg) rend inenvisageable l’utilisation de la RMN pour les résidus organiques archéologiques, mélanges trop complexes et mal conservés. Seule la mise en œuvre d’une méthodologie alliant des étapes d’extraction et de purification efficaces des analytes recherchés, et une analyse par couplage GC–MS sont à même de caractériser correctement les dépôts complexes. Une autre limitation est à prendre en considération en ce que les techniques d’identification de matériaux citées supra sont fondées sur la détection d’un seul biomarqueur, l’acide tartrique. Or si cet acide est présent en grandes quantités dans la baie de raisin, il n’en est pas spécifique et se retrouve dans d’autres fruits comme la grenade ou le tamarin. La présence de cette seule molécule dans des céramiques n’est pas un argument chimique suffisant pour déduire la présence de vin, sinon qu’elle confirme des hypothèses archéologiques bien fondées. Pour pallier ce raisonnement hâtif, nous avons préféré développer une nouvelle méthode permettant l’analyse par THM–GC–MS des polyphénols, tannins du raisin, et en détecter une association de marqueurs pyrolytiques. Biomarqueurs des fruits, la structure moléculaire des polyphénols est particulièrement complexe ainsi que leur distribution. Leur réactivité vis-à-vis de nombreuses

molécules et leur labilité en font de bons marqueurs des différentes étapes de préparation, de fermentation et de vieillissement des vins. En revanche, les méthodes de détection et d’identification des polyphénols dans des échantillons de vins modernes (HPLC–MS) font appel à des protocoles et des moyens analytiques lourds qui se sont révélés infructueux pour des vins archéologiques en raison de la transformation rapide des polyphénols en composés polymérisés encore inconnus, regroupés sous le terme générique de phlobaphènes. Par comparaison, si l’on connaît la composition totale polyphénolique d’un jus de raisin après le pressurage, plus de la moitié de l’information chimique est perdue après six mois de vieillissement et de fermentation. La THM–GC–MS permet de dépolymériser les dépôts vinaires par l’action d’un réactif hydrolysant et méthylant, le TMAH. Les fragments pyrolytiques obtenus sont des phénols pour la plupart, marqueurs par blocs structurels des molécules initiales, elles-mêmes issus des polyphénols natifs originels du raisin. Dans le cas d’un dépôt résineux au fond d’une amphore, l’échantillon brut (0.5 mg env.) est directement pyrolysé. Pour des tessons, 2 – 5 g sont broyés, extraits et une fraction de l’extrait organique obtenu (1 – 5 µL) est analysé par THM–GC–MS. Comparée aux méthodes antérieures nécessitant 300 g de tesson pour la saponification et 17 g (dépôts visibles) à 73 g (dépôts fins) conduisant à 6 – 7 mg d’extrait pour l’infrarouge (Formenti, Hesnard et Tchernia 1978), la THM–GC–MS est une procédure beaucoup plus sensible, adaptée aux faibles quantités de matière et donc à toute céramique ne présentant que peu voire aucun de dépôts organiques visibles en surface. Les prélèvements étant minuscules, tout objet, tesson, céramique intacte de prix, peut être analysé. Les différentes amphores vinaires et les échantillons de vins et de pépins de raisins archéologiques — enfermant aussi des polyphénols, moins labiles que ceux de la pulpe de raisin et donc du vin — ont montré qu’aucun polyphénol n’était extrait par les procédés connus actuellement, probablement en raison de l’état fortement dégradé, oxydé et condensé des tannins. Par THM–GC–MS, ils révèlent une association complexe d’une trentaine de marqueurs phénoliques. La méthode permet actuellement de déceler des résidus vinaires dans des dépôts visibles au fond de céramiques, dans des dépôts résineux de poix à l’intérieur des amphores ou dans des conteneurs dans lesquels aucun résidu n’est visible. La figure 7 montre le pyrogramme d’un defrutum, dépôt prélevé au fond d’une amphore de l’épave de Port-Vendres II dans lequel étaient encore visibles des noyaux d’olives. Plusieurs massifs sont distingués : les marqueurs phénoliques dont l’acide gallique, marqueurs des polyphénols galloylés. Absents de la pulpe, ils proviennent des pépins de raisin et sont extraits par le moût lors du contact de ces deux organites. L’hypothèse d’une vinification en rouge ou d’une cuisson de jus de raisin noir ou d’un cépage teinturier peut être émise.


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CONCLUSION

La prise de conscience de la bonne conservation des matériaux organiques en contexte archéologique a ouvert une nouvelle voie de recherche en archéométrie. Les résidus organiques, structurés ou amorphes, sont des témoins souvent fugaces de l’activité humaine, vie quotidienne ou artisanat. La recherche en matière de protocoles pour la préparation des échantillons organiques, l’adaptation de l’arsenal analytique moderne comprenant les techniques de chromatographie en phase gazeuse ou liquide et de spectrométrie de masse, repoussent les frontières de l’inconnu de plus en plus loin. Désormais, huiles végétales, graisses animales, produits laitiers, cire d’abeille, vin et dérivés du raisin, oléorésines et goudrons végétaux sont autant de matériaux biologiques que l’on peut identifier, qu’ils soient présents purs ou mélangés entre eux, conservés en dépôts visibles attenants aux parois des céramiques ou en imprégnations invisibles dans les parois poreuses. Néanmoins, l’état de dégradation – conservation des constituants chimiques représentera toujours un facteur limitant à l’interprétation des données chimiques en cela qu’au fur et à mesure de la dégradation d’un matériau, l’information chimique est peu à peu perdue à jamais, d’où résulte une convergence des empreintes chimiques de plusieurs matériaux. Concernant les amphores, les analyses chimiques ont mis en évidence de nouvelles pistes de recherche, notamment pour la réutilisation des emballages céramiques. Certaines amphores étaient réutilisées pour le stockage de denrées différentes de celles auxquelles elles étaient principalement destinées et quelquefois pour leur transport. La réutilisation d’amphores Dr. 1 pour le transport d’huile d’olive est surprenante, mais elle peut être rapprochée de l’amphore Lamboglia 2 de Délos qui porte une inscription peinte oleum. Quant aux amphores africaines, récipients peu documentés, l’étude d’une série de 20 individus de types différents a montré qu’elles ne contenaient pas d’huile du fait de l’absence de triglycérides et d’acides gras. L’analyse plus poussée par THM-GC-MS pour cinq d’entre elles a révélé l’absence de dérivés vinaires. En revanche, bien qu’aucun enduit interne ne soit visible, toutes présentaient une empreinte de matériau diterpénique de deux provenances différentes : l’une issue de Pinus maritima, l’autre probablement d’un autre genre comme Pinus pinaster peuplant les forêts de l’Afrique du Nord. À l’avenir, les recherches devront porter sur des séries représentatives d’amphores (30 – 50 échantillons) provenant de sites bien documentés et dont l’enfouissement garantit une bonne conservation de la matière organique, comme dans le cas de fouilles récentes ou de matériel conservé en milieu aride.

REMERCIEMENTS

L’auteur remercie Hélène Bernard (DRASSM, Marseille), Fanette Laubenheimer (Université Nanterre Paris X), Jean-Pierre Brun (Centre Jean Bérard, Naples), Michel Bonifay (MMSH, Aix-en-Provence) et la surintendance de Campanie pour le prêt d’échantillons archéologiques en vue d’analyse.

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49

Origine végétale Origine animale

Produits bruts bitume, ambre (origine fossile) gommes, gommes-résines oléorésines cires végétales

sang graisses cire d’abeille

Produits extraits huiles jus de fruits colorants

miel lait

Produits manufacturés goudrons, brais pain, galettes, bouillies, pâtisseries boissons fermentées

fromages sauces de poisson charcuterie colles protéiques

Tableau I. Classification des matériaux organiques originellement amorphes.

N. Garnier

50


51

N. Garnier

52


53

N. Garnier

54

400 600 800 1000 1200

699811

700 800

699.3701.3

727.3

783.4

811.4

839.4755.3

748 750 752 754 756 758 760 762

755.

35

756.

35

757.

35

758.

35

754.

35

753.

35

759.

35

1

1'

2

2'

1

1'

2

2'

751.

35

761.

35

12

1

2

Monoesters saturés

Monoesters monoinsaturés

Hydroxymonoesters saturés

Hydroxymonoesters monoinsaturés

Dihydroxymonoesters saturés

Dihydroxymonoesters monoinsaturés

C27487

C29515

C31543

C33571

C33'569

(x 50)

956

970

9831011

1045

1065

*

Monoesters

Diesters

Hydrocarbures

min10 20 30 40 50 60 70

DAB

n-C34

No

rSim Ré

tèn

e

18-N

or

19-N

or

HTGC de l'extrait lipidique (TMS)

Inte

nsit

é re

lati

ve

Fig. 5a. Chromatogramme de l'extrait triméthylsilylé de l'enduit interne d'une cruche régionale de Rouen.

Fig. 5b. Spectre MALDI-TOFMS global et détail du massif des monoesters, notamment ceux comportant 44 atomes de carbone, montrant la présence de cire d'abeille, dont la structure moléculaire complexe n'a pas été altérée par l'enfouissement.


55

N. Garnier

56


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analyse de résidus organiques conservés dans des amphores : un état de la question

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