Micromorphologie des sols : un regard microscopique sur les sites archéologiques

Au cours de l’histoire de la recherche archéologique, l’application de nouvelles méthodes et techniques a permis de se rapprocher des modes de vie et mentalités des sociétés humaines. A ce titre la micromorphologie des sols est une discipline qui permet de détecter des détails importants qui ne sont pas perceptibles sur le terrain. Faire un zoom sur les sols anthropisés aide les archéologues à compléter le puzzle de l’histoire.

Micromorphologie des sols : objectifs et apports

L’objectif de la micromorphologie est de caractériser à haute résolution (microscope optique) la nature et la composition des niveaux sédimentologiques par l’étude de lames minces préparées à partir d’échantillons non perturbés et bien orientés (Courty 1992). L’analyse stratigraphique détaillée sur le terrain et l’observation en laboratoire de ces échantillons précisément situés permettent d’identifier les processus de formation dépositionnels et post-dépositionnels d’une séquence stratigraphique. Cette méthode d’analyse fine aide à identifier des activités humaines ou d’autres origines qui sont souvent indétectables au niveau macroscopique: succession de micro-sols, zones de litages de végétaux, activités liées à l’utilisation du feu, fumier, phytolithes, fragments de fruits, grains et micro-charbons, micro-couches stériles marquant des périodes d’abandon. La micromorphologie se révèle être aussi un outil essentiel de reconstruction environnementale. En définitive, ce type d’analyse complète les données issues de la fouille pour reconstituer la nature des sites.

Étant donné qu’il s’agit d’une discipline transversale, elle peut être appliquée à tous les contextes archéologiques stratifiés (habitat en grotte, campement en plein air, parcage, villages, villes) et  toutes les périodes (depuis le Paléolithique inférieur jusqu’à l’actualité).

Le début de la micromorphologie dans la recherche archéologique 

La micromorphologie des sols est une discipline propre de la géologie et de l’édaphologie. Ses bases ont été établies en 1938 avec la publication de l’ouvrage Micropedology, de Walter Kubiena (Solé et Vila 1990). La première publication qui traite de l’application de cette méthodologie à l’archéologie est parue en 1958, quand I.W. Cornwall publie Soils for the Archaeologist. La même année, Dalrymple (étudiant de Cornwall) publie The application of soil micromorphology to fossils soils and other deposits from archaeological sites, Soils for the Archaeologist. Ces deux chercheurs sont considérés comme les pionniers et propulseurs de ce type d’études dans le domaine de l’archéologie (Courty et al. 1989). Pendant la décennie suivante les travaux viseront à mettre au jour une terminologie spécifique à partir de l‘étude de lames minces extraites de céramiques (Courty et al. 1989). C’est dans les années 80 que ce type d’études commence à se généraliser dans le domaine de l’archéologie, notamment avec les ouvrages de référence de Goldberg (1983), Macphail (1986), Courty et al. (1987) et Fédoroff et Courty (1987) (Solé et Vila 1990).

Méthode de terrain et traitement pour l’élaboration des lames minces

Trois sites archéologiques sur lesquels nous travaillons actuellement nous serviront d’illustrations.

• Cova Negra (Espagne), Paléolithique moyen, est situé sur le versant méditerranéen péninsulaire (Eixea et al. 2020).  C’est un habitat en grotte. L’étude sédimentologique (Fumanal 1986) montre des caractéristiques propres d’un environnement humide (comparable au climat actuel de cette zone, Fig. 1a), avec des précipitations stationnaires et quelques oscillations arides (surtout dans les niveaux supérieures). L’étude du site, co-dirigée par V. Villaverde et A. Eixea, Universitat de València, s’insère dans les projets: “Síntesis del Paleolítico medio y superior en Valencia y Murcia. Aspectos cronológicos, paleoambientales, económicos y culturales” (HAR2017-85153-P) et “El pasado lejano: aproximación a la conducta y la ocupación del territorio en el paleolítico valenciano” (PROMETEO/2017/060) et PID2021-122308NA-IOO Project funded by MCIN/AEI/10.10039/ 501100011033 and FEDER “Una manera de hacer Europa”.
  

• Sites P-52 et F-48 dans le secteur de Jibal al-Khashabiyeh (Sud-Est Jordanien). Fouillés récemment par la Mission Archéologique du Sud-Est Jordanien (MASEJ), co-dirigée par W. Abu Azizeh (Université de Lyon, Archéorient, France) et M. Tarawneh (Université d’ Al-Hussein Bin Talal, Jordanie). Il s’agit de deux sites d’occupation datés du PPNB récent/final, associés à l’utilisation de structures interprétées comme de pièges de chasse géants connus sous le nom de Desert kites (Abu Azizeh et al. 2021). Le climat désertique actuel de ce secteur (Fig. 1b) est très différent de celui de l’époque des occupations. La zone était probablement (étude en cours) caractérisée alors par un paysage de type steppe.

Échantillonnage de blocs sédimentaires non perturbés

Le choix des échantillons dans des secteurs non perturbés et l’application d’une méthode d’extraction minutieuse sont fondamentaux pour l’analyse des lames minces, qui représentent chacune une infime partie des sites, un fragment de leur histoire. La fouille étant un processus destructif, il est important de prendre un nombre élevé d’échantillons pour sélectionner ceux à transformer en lames minces. Les blocs non traités constituent des témoins intacts du site et sont réservés pour d’éventuelles analyses futures.

On peut prendre des échantillons dans une partie ou la totalité d’une coupe stratigraphique, en tenant compte de l’enregistrement exhaustif de tous les horizons représentés (Fig. 2a) ou directement sur un sol d’occupation à l’intérieur d’une structure d’habitat (Fig. 2b). Il est aussi intéressant d’échantillonner dans les structures de combustion (Fig. 2c).

Une fois l’emplacement choisi on procède à la préparation du bloc à extraire. Nous avons fabriqué notre propre boîte non rigide dans ce but. Ce récipient est comblé de plâtre pour caler le bloc entier et le préserver lors du transport (Fig. 3). L’échantillon doit être orienté et marqué pour éviter de possibles confusions pendant le traitement au laboratoire.

Préparation du bloc en laboratoire et élaboration des lames minces

Un grand avantage des méthodes micromorphologiques est que le processus n’est pas destructif, ce qui permet de revenir sur l’échantillon pour de nouvelles analyses. La préparation commence par le séchage de l’échantillon. On extrait toute l’humidité en le laissant en plein air ou par chauffage. Ensuite, dans la chambre d’imprégnation, le bloc est consolidé (Fig. 4a)  avec des résines synthétiques de type polyester, mélangées à des solvants et à un catalyseur, afin de vider l’air de tous les pores (Courty et al. 1987). Enfin on procède à la découpe et l’élaboration de la lame mince (Fig. 4b et c), le collage sur le porte objet et le polissage jusqu’à une épaisseur de 30 µm (Fig. 4d).

Que peut-on identifier sous le microscope? Apports de la micromorphologie

La micromorphologie est basée sur la description minutieuse de ce que l’on observe sous le microscope polarisé comme les composantes des sols, leur nature, fréquence, morphologie, coloration. Selon leur origine ces composantes sont divisées en trois sous-groupes (Courty 1992):

• Traits sédimentaires: provenance des sédiments, transport et conditions dépositionnelles.
• Traits pédologiques: dynamiques de formation des sols au cours du temps.
• Traits anthropiques: indices liés aux activités humaines : cendres, végétation rapportée, restes d’activités techniques, ossements, etc.

Nous nous centrons ici sur les éléments produits par des activités humaines ainsi que sur des éléments rapportés par des agents externes (faune sauvage ou domestique). Pour illustrer comment on peut identifier des activités concrètes sur les lames minces, on montre ici quelques images prises avec le microscope pétrographique (grossissement 40X, 100X et 400X, lumière plane – PPL et croisée – XPL).

Foyers ou aires de combustion

La micromorphologie peut apporter une grande quantité d’informations sur le type de combustible utilisé par un groupe humain (plantes, bois, excréments) mais aussi sur la température atteinte, en analysant le type de cendres. Dans l’image (Fig.5a et b) on observe une accumulation de cendres avec la structure végétale conservée et en connexion. La présence de micro-charbons (Fig. 5c et d) et l’état de conservation peuvent nous aider à déterminer le combustible utilisé ou le degré de combustion. On peut identifier certaines activités telles que le chauffage, la cuisine, ou le fumage. On peut aussi détecter s’il y a eu un usage prolongé des foyers et d’éventuelles réactivations, à travers la superposition de fines couches de cendres et de charbons. Dans le cas des zones de combustion, on pourra noter la réitération de couches rubéfiées. Dans l’image (Fig. 5e et f) on voit un exemple de contact entre la couche de cendres et la couche de rubéfaction.

Éléments d’origine végétale et minérale

Dans certains cas on peut observer des restes végétaux dont la structure est conservée (Fig. 6a) et en connexion, altérés ou non par le feu, ainsi que des fragments de graines (Fig. 6b). Selon le contexte on peut interpréter ces restes comme des éléments rapportés ou non. Certains de ces restes peuvent correspondre à la décomposition des excréments d’herbivores (Fig. 6c). Dans d’autres cas, la seule information sur la présence de végétation provient de l’identification de phytolithes de silice (Fig. 6 d). De façon indirecte, on peut détecter une présence végétale en repérant par exemple les creux que laissent les racines entre les sédiments (Fig. 6e). La présence de racines peut être, entre autres aspects, un bon indicateur de l’abandon d’un site archéologique.

Fragments d’ossements

Reconnaître les os est assez simple, surtout grâce à leur coloration (Fig. 7a, b, c) qui varie s’ils ont été altérés par le feu (Fig. 7a et b) ou non (Fig. 7c). La coloration peut indiquer à quelle température ils ont été exposés (Shipman, 1984). Certains os peuvent se retrouver érodés, pris dans une masse phosphatée d’origine excrémentielle (Fig. 7d et e), produite par des sucs gastriques d’animaux carnivores  (Horwitz et Goldberg, 1989). Dans certains contextes, la présence de ces animaux peut être mise en relation avec l’abandon du site. C’est le cas de Cova Negra (Oltra et al. 2019) avec des restes de coprolithes d’hyènes (Fig. 7d). Dans d’autres contextes, ces restes d’origine animale peuvent correspondre à une cohabitation entre carnivores (Fig. 7e) et humains comme cela pourrait être le cas dans le site P-52 de Jibal al-Khashabiyeh (hypothèse à vérifier, étude en cours).

Vu le degré de définition auquel on peut arriver pour identifier les phytolithes, fragments de graines ou micro-charbons, la micromorphologie des sols est une technique utile pour compléter d’autres analyses comme la carpologie ou l’anthracologie. Mais parfois elle n’est pas suffisamment puissante pour permettre l’identification de certains composants spécifiques (Stoops, 2021). Il faut alors faire appel à d’autres types d’analyses, appliquées directement sur les lames minces ou les sédiments, comme le XRD (X-Ray diffraction), le XRF (X-Ray fluorescence) ou le Micro-FTIR (Macphail et Goldberg, 2018). 

En définitive, le travail multidisciplinaire sur le terrain et au laboratoire sera, comme toujours en recherche, la clé pour une meilleure compréhension de la formation des sites archéologiques.

Bibliographie

Abu-Azizeh W., Tarawneh M., Crassard R. et Sánchez Priego J.A., 2021. Discovery and Excavation of Desert kites in the Southeastern Badia of Jordan, in: A. Betts and P.van Pelt (eds.), The Gazelle’s dream. Game Drives of the Old and New Worlds, Sydney: University of Sydney Press, 225-251.

Cornwall, I.W., 1958. Soils for the Archaeologist. Phoenix House, London.

Courty, M.A., Fedoroff, N., Guilloré, P., 1987. Micromorphologie des sédiments archéologiques. Géologie de la préhistoire: Méthodes, techniques, applications Miskovsky (dir.), AEEGP, Geopre, Paris, 439-477.

Courty, M. A., Goldberg, P., Macphail, R., 1989. Soils and Micromorphology in Archaeology. Cambridge University Press, Cambridge.

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Dalrymple, J. B., 1958. The application of soil micromorphology to fossil soils and other deposits from archaeological sites. Journal of Soil Science, 9(2), 199-209.

Eixea, A., Oltra, I., Bergadà, M. M., & Villaverde, V., 2020. The reinterpretation of the Cova Negra archaeological and stratigraphical sequence and its implications in the understanding of the Middle Palaeolithic Iberian Peninsula. Quaternary International, 566-567, 98-112.

Fedoroff, N. et Courty, M.A., 1987. Paleosols. J .C. Miskovsky (ed.) Géologie de la Préhistoire, Geopre, Paris, pp 251 -280.

Fumanal, P., 1986. Sedimentología y clima en el País Valenciano. Las cuevas habitadas en el cuaternario reciente. Trabajos Varios del S.I.P. 83 (Valencia).

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Oltra, I., Bergadà, M. M., Esteban, I., Eixea, A., Villaverde, V., 2019. Estudio Microestratigráfico de los procesos de combustión del nivel VIII de Cova Negra (Xàtiva, València). XV Reunión Nacional de Cuaternario, Bilbao.

Shipman, P., Foster, G., Schoeninger, M., 1984. Burnt Bones and Teeth: an Experimental Study of Color, Morphology, Crystal Structure and Shrinkage. Journal of Archaeological Science, 11, 307-325.

Solé, A., Vila, A., 1990. La micromorfología de suelos aplicada a la arqueología dos casos a modo de ejemplo: El Cingle Vermell (Osona) y Mediona 1 (Alt Penedes). XÀBIGA, 6, 31-42.

Stoops, G., 2021. Guidelines for analysis and description of soil and regolith thin sections. John Wiley & Sons.

L’auteur

Isabela Oltra Carrió est chercheur associé au laboratoire UMR 5133-Archéorient du CNRS, Maison de l’Orient et de la Méditerranée, Lyon. Spécialiste en micromorphologie des sols appliquée à l’archéologie dans des contextes préhistoriques variés: sites paléolithiques en Espagne et sites Néolithiques en Jordanie.

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