Développement des mesures isotopiques du plomb, du fer et du cuivre par voie humide et in situ pour la provenance de l’or ancien : application à des monnaies islamiques

Soutenance de thèse de doctorat de Louise de Palaminy

Jury

Rapporteure : Maria Filomena GUERRA (MONARIS)

Rapporteure : Caroline ROBION BRUNNER (TRACES)
Rapporteur : Christopher STANDISH (University of Southampton)

Examinatrice et Présidente : Ghylaine QUITTÉ (IRAP)

Examinateur : Christophe PÉCHEYRAN (IPREM)

Examinateur : Robert KOOL (Israel Antiquity Authority)

Directrice de thèse : Sandrine BARON (TRACES)

Co-Directeur de thèse : Franck POITRASSON (GET)
Invité : François-Xavier FAUVELLE (Collège de France, CRFJ) 

Résumé:

Les études sur la provenance de l’or ancien sont principalement réalisées à l’aide d’analyses élémentaires, mais celles-ci présentent des limites. Bien qu’elles permettent de caractériser les stocks de métaux et de mettre en évidence leur circulation, notamment à partir du Pt et Pd, il reste difficile d’attribuer une origine géologique et géographique aux objets en or étudiés.

En revanche, l’analyse isotopique offre un éclairage complémentaire pour les études de provenance. Les systèmes radiogéniques des isotopes du plomb donnent un âge de la minéralisation. Les isotopes stables du fer et du cuivre, permettent de caractériser le type de minerai, par exemple magmatique, hydrothermal ou supergène, primaire ou secondaire. L’objectif de la thèse était donc d’évaluer le potentiel de ces trois traceurs isotopiques (Pb, Cu, Fe) pour le traçage de l’or ancien.

Une chimie de séparation (chromatographie sur résine anionique) a été développée pour obtenir le Pb, Cu et Fe purifiés nécessaires à l’analyse isotopique par MC-ICP-MS. Nous avons pu séparer les trois éléments en une seule chromatographie sur un corpus composé de pièces d’or tests et d’étalons maisons, sans biais de fractionnement isotopique. Le potentiel du couplage multi-isotopes Pb-Fe-Cu a été démontré, ces trois systèmes donnant des résultats complémentaires.

Un autre problème est le besoin de minimiser l’échantillonnage pour ces artefacts. En outre, la mesure des isotopes de Pb, Cu et Fe dans l’or par MC- ICP-MS couplée à l’ablation laser est complexe à mettre en œuvre. Les obstacles sont les faibles concentrations en Pb, Fe et Cu dans la matrice Au, mais aussi le manque de matériaux de référence spécifiques afin d’obtenir des analyses justes et précises. Pour minimiser les effets de matrice et optimiser les rendements d’ablation, l’analyse isotopique par laser femtoseconde a été développée. Pour la première fois, les isotopes stables du cuivre ont été mesurés par fs- LA-MC-ICP-MS avec suffisamment de précision et de justesse dans des matrices d’or (incertitudes d’un facteur 2 par rapport à la voie humide).

Enfin, un corpus de pièces d’or archéologiques islamiques provenant d’un trésor de dinars fatimides découvert dans le port médiéval de Césarée (Israël) a été étudié. Nous avons pu mesurer les isotopes de Pb, Fe et Cu dans onze de ces monnaies frappées au Maroc, en Tunisie et en Libye, en utilisant le macro- échantillonnage et l’analyse MC-ICP-MS par voie humide. Les sources anciennes racontent que cet or provenait d’Afrique de l’Ouest, mais sans preuve tangible à l’heure actuelle. Les résultats de l’analyse des isotopes du Pb ont donné des âges modèles beaucoup plus jeunes (c. 0-200 Ma ; 206Pb/204Pb > 18,40) que ceux des minéralisations d’or d’Afrique de l’Ouest (c. 2000 Ma ; 206Pb/204Pb ~15,00), ce qui soulève des questions quant à l’origine du Pb. Nous émettons l’hypothèse qu’il provient probablement d’une pollution, au tout début de la chaîne opératoire lors de la réduction du minerai d’or, ou bien sur le lieu des ateliers de frappe dans les creusets utilisés pour faire fondre l’or. Dans les deux cas, les isotopes du Pb indiquent que cette pollution provient de matériel situé au nord du Sahara. Les résultats isotopiques du Fe et du Cu révèlent des signatures caractéristiques des minerais supergènes. Les valeurs de ∂57Fe sont comprises entre 0,0 et 1,8 ‰ (une exception à -0,8 ‰) correspondant à du minerai sédimentaire marin et supergène très abondant en Afrique de l’Ouest dans lesquelles l’or peut se concentrer. Le δ65Cu des monnaies a une signature moyenne de 2,7 ± 1,2 ‰ (SD) correspondant à un dépôt oxydé et/ou carbonaté.

Le couplage des analyses élémentaires avec les isotopes du Cu suggère un approvisionnement via différents (au moins deux) stocks d’or. Ainsi, ces nouvelles analyses isotopiques ont permis de formuler des hypothèses quant à l’origine et au type de minerai d’or utilisé, mais aussi de mieux comprendre la chaîne opératoire.