Automatisation des analyses physico-chimiques sur séquences sédimentaires combinant un plateau motorisé et le logiciel PyCoreX
Introduction
Les sédiments de subsurface constituent une source essentielle d’informations géoarchéologique, paléoenvironnementale, paléogéographique et paléoclimatique. L’identification des variations physiques (couleur, texture, propriétés magnétiques), chimiques et minéralogiques sur la longueur des séquences sédimentaires est une première étape dans la compréhension des changements environnementaux au fil du temps. Les mesures qualitatives ou quantitatives de ces variations se font par des techniques d’analyses conventionnelles et précises, mais invasives (nécessitant un prélèvement et un traitement d’échantillon), coûteuses et chronophages telles que la granulométrie laser, la spectrométrie à plasma à couplage inductif (analyse élémentaire ou isotopique), la diffraction des Rayons-X (analyse cristallographique), la pyrolyse etc. Ces techniques permettent de renseigner le contexte et les conditions environnementale au moment du dépôt de sédiments, ainsi que leur nature et les processus de formation et d’évolution. En parallèle, des techniques d’analyses alternatives non-invasives telles que la susceptibilité magnétique, l’imagerie multi- et hyper-spectrale (Jacq et al., 2022), la spectroscopie dans le domaine du visible et de l’infrarouge (Chapkanski et al., 2022) ou la Fluorescence des Rayons-X (Mouralis et al., 2018 ; Orange et al., 2017) permettent des mesures semi-quantitatives physiques, chimiques ou minéralogiques. Au-delà de leur avantage d’analyse non destructive, particulièrement intéressante en archéométrie, elles permettent de multiplier les mesures et de réduire ainsi les incertitudes analytiques. Néanmoins, elles sont souvent non automatisées, ce qui nécessite une implication conséquente en termes de ressources humaines même si le coût économique est réduit pour en termes de consommables et frais de laboratoire.
Contexte du développement et objectifs
Dans le contexte actuel, l’accélération des changements environnementaux augmente considérablement le besoin de données environnementales, alors qu’en même temps la popularisation des études pluridisciplinaires, notamment en contexte géoarchéologique ou archéométrique, multiplie le nombre de proxies à déployer. En conséquence, les analyses d’échantillons ou des carottes sédimentaires sont parfois chronophages.

Ce billet de blog présente un dispositif (fig. 1) permettant d’automatiser certaines mesures répétitives le long des séquences sédimentaires afin d’optimiser le temps dédié au processus purement analytique. Il s’agit d’un développement technique simple à mettre en place et à coût réduit. Il est constitué :
- d’une platine motorisée de déplacement horizontal et vertical (fig. 1-A),
- des nacelles permettant d’accueillir des appareils de mesure (fig. 1-C-D) et
- un logiciel libre, spécialement développé pour ce dispositif, permettant de synchroniser le mouvement de la platine et le déclenchement de la mesure de manière automatique (fig. 1-B).
Le dispositif a été développé à l’Université de Rouen, au laboratoire IDEES UMR 6266 CNRS (Chapkanski et al., 2026), pour l’automatisation des analyses élémentaires le long des carottes sédimentaires en utilisant un spectromètre portable à Fluorescence des Rayons-X (pXRF). Au-delà des aspects purement pratiques de l’automatisation de ces mesures, le dispositif permet à l’opérateur de s’éloigner physiquement de l’appareil à Rayons-X de manière à réduire l’exposition au rayonnement ionisant. En outre, le logiciel PyCoreX (fig. 1-B) a été conçu pour être compatible avec de nombreux logiciels. De plus, la nacelle de l’appareil de mesure pourrait être adaptée à plusieurs instruments de mesures (pXRF ; fig. 2-A, B), susceptibilimètre magnétique ; fig. 2-C, D), colorimètre, caméra infrarouge, appareil photo etc.), ce qui rend le dispositif très polyvalent et adaptable à des nombreuses méthodes d’analyses en géoarchéologie ou en archéométrie.
Matériel et fonctionnement
Le dispositif d’analyse automatique est basé sur une combinaison de deux platines motorisées (fabriquées par Standa, en Lituanie), permettant des déplacements en X (fig. 2-B ; le long d’une distance d’environ 150 cm) et en Z (le long d’une distance de 24 cm) contrôlées par ordinateur via le logiciel XILab fourni par le fabricant. Deux nacelles (fig. 2), permettant de fixer l’appareil souhaité sur la platine de déplacement en Z, ont été fabriquées pour s’adapter à un spectromètre portable à Rayon-X (en l’occurrence : Niton XL3t 900, Thermo Scientific, Waltham, MA, USA) ou un susceptibilimètre magnétique (Bartington MS2, Oxon, UK). Néanmoins, une nacelle spécifique à d’autres appareils (colorimètre, caméra infrarouge, appareil photo etc.) pourrait être conceptualisée et fabriquée par une imprimante 3D ou tout simplement en bois. Le dispositif est connecté à un ordinateur via une prise USB permettant de paramétrer et de contrôler les platines motorisées (fig. 2-D).

Le logiciel PyCoreX (fig. 1-B), développé sous langage Python au sein du laboratoire IDEES, est libre d’utilisation (Licence CeCILL v2.1). Il a pour objectif de programmer le déplacement des platines motorisées et d’actionner automatiquement la mesure au sein de n’importe quel logiciel associé à un instrument de mesure. Plusieurs conditions doivent néanmoins être remplies pour que tout fonctionne bien : que le logiciel utilisé le soit sous Windows, que la mesure puisse se lancer par un ou plusieurs clics et que le résultat s’incrémente après chaque mesure. Les détails pour trouver le code source ou télécharger le logiciel peuvent être trouvés dans Chapkanski et al. (2026). Le PyCoreX comporte cinq paramètres à configurer (fig. 1-B) :
- la longueur totale de l’analyse sur l’axe de déplacement X,
- l’intervalle entre chaque analyse sur l’axe de déplacement X,
- la hauteur de déplacement sur l’axe Z,
- le temps de l’analyse,
- le temps de mouvement entre chaque analyse.
Exemple d’application en géoarchéologie et perspectives pour l’archéométrie
Un exemple d’utilisation en géoarchéologie des platines translationnelles motorisées en axes X et Z, en combinaison avec le logiciel PyCoreX, a été présenté par Chapkanski et al. 2026). Il permet de montrer l’applicabilité de l’ensemble du dispositif automatique par l’analyse d’une carotte sédimentaire hétérogène, avec des variations de texture et de teneur en matière organique (Mairaville et al., 2026). La configuration présentée est centrée sur l’utilisation d’un spectromètre portable à Rayon-X pour l’analyse élémentaire automatique des carottes sédimentaires. L’utilisation du dispositif avec un susceptibilimètre magnétique n’est pas vraiment abordée mais constitue un exemple d’application en géoarchéologie qui pourrait intéresser de nombreux laboratoires en France et à l’étranger.
De la même manière, le dispositif pourrait être adapté à l’utilisation d’un spectromètre dans le domaine de la lumière visible ou d’un colorimètre. Au total, l’analyse de plusieurs proxies peut représenter de nombreuses heures de travail de laboratoire. L’automatisation permet alors d’optimiser le temps dédié aux mesures et ainsi de faciliter la tâche de l’opérateur. Outre les applications en géoarchéologie, le dispositif pourrait être adapté à l’archéométrie. Il est possible de conceptualiser et de fabriquer un portoir d’échantillons permettant de positionner des archéo-matériaux (silex, obsidiennes, céramiques, ossements etc.) le long d’une ligne, à la même hauteur et à équidistance. Par ailleurs, le dispositif d’analyse automatique pourrait être adapté pour la prise de photo des objets et la mesure colorimétrique ou magnétique des matériaux.
Conclusion
En résumé, ce billet de blog présente un développement technique visant à automatiser certaines analyses sur séquences sédimentaires ou sur échantillons afin de faciliter et d’optimiser la production de données environnementales ou archéologiques. Le logiciel PyCoreX a été spécialement conçu et programmé afin de permettre une utilisation simplifiée et libre d’accès. L’ensemble du dispositif a été pensé pour être abordable et ainsi permettre à la communauté la plus large possible d’en bénéficier. L’adaptabilité à un large panel d’appareils de mesures permet une variété d’applications en géoarchéologie et en archéométrie.
Remerciements
Le dispositif d’analyse automatique des séquences sédimentaires a été co-financé par la Région Normandie via la « Plateforme de Recherche en Sciences de l’Environnement Normande (PRESEN) » et la « Fédération en Sciences Appliquées à l’Environnement FR 3730 (SCALE) ». Ce développement technique a été réalisé avec la contribution scientifique de Léa Mairaville, Zoé Sicard-Delage, Mallaury Robert et Dominique Todisco qui sont co-auteurs de la publication qui fait référence au dispositif et au logiciel associé. Les auteurs souhaitent remercier Amine Haddad, Robert Davidson, Mohamed Kouah, Ingrid Bejarano-Arias, Kim Genuite, Igor Girault, Marie-Paule Bataillé, Lola Bricout et Clément Gouret qui ont contribué aux prélèvements et aux analyses de sédiments permettant de proposer un exemple d’application en géoarchéologie. Les auteurs remercient également Normandie Valorisation, en particulier Othilie Malfilatre, et Sébastien Rey-Coyrehourcq pour leur aide et conseils dans la déclaration du logiciel PyCoreX, la mise en place d’une licence et le dépôt sur une plateforme permettant l’accès au code source. Nous remercions Claire Giguet, Sylvie Muller-Celka, Marie Odile Rousset et Emmanuelle Vila pour la révision et l’édition de ce manuscrit.
Bibliographie
Chapkanski, S., Mouralis, D., Gillet, O., Mairaville, L., Sicard-Delage, Z., Robert, M., & Todisco, D. 2026. Low-cost automatic geochemical scanning of sediment cores using pXRF, XZ-axial translation stages, and the PyCoreX software. Quaternary International, 765, 110208.
Chapkanski, S., Jacq, K., Brocard, G., Vittori, C., Debret, M., De Giorgi, A.U., D’Ottavio, D., Giuffré, E.M., Goiran, J.-P., 2022. Calibration of Short-Wave InfraRed (SWIR) hyperspectral imaging using Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform spectroscopy (DRIFTS) to obtain continuous logging of mineral abundances along sediment cores. Sedimentary Geology 428, 106062.
Jacq, K., Debret, M., Fanget, B., Coquin, D., Sabatier, P., Pignol, C., Arnaud, F., & Perrette, Y. 2022. Theoretical principles and perspectives of hyperspectral imaging applied to sediment core analysis. Quaternary, 5(2), 28.
Mairaville, L., Chapkanski, S., Todisco, D., Finco, C., Paillès, C., Parétias, J., Lepert, T., Haddad, A., Ducastel, J., Boufflers, F., Leleu, J., Dezileau, L., Mouralis, D., n.d. (in press). Holocene History of the Lower Seine Estuary and the Commerce Valley Tributary (Normandy, France): A Palaeoenvironmental Framework for the Roman Landscape of Juliobona (Lillebonne) and Implication for Port Conditions. Geoarchaeology. doi:10.1002/gea.70048
Mouralis, D., Massussi, M., Palumbi, G., Akköprü, E., Restelli, F. B., Brunstein, D., Frangipane, D., Gratuze, B., Mokadem, F., & Robin, A. K. 2018. The procurement of obsidian at Arslantepe (eastern Anatolia) during the chalcolithic and early bronze age: Connections with Anatolia and Caucasus. Quaternary International, 467, 342-359.
Orange, M., Le Bourdonnec, F. X., Bellot-Gurlet, L., Lugliè, C., Dubernet, S., Bressy-Leandri, C., Scheffers. A., & Joannes-Boyau, R. 2017. On sourcing obsidian assemblages from the Mediterranean area: analytical strategies for their exhaustive geochemical characterisation. Journal of Archaeological Science: Reports, 12, 834-844.
Les auteurs
Stoil Chapkanski est Ingénieur spécialisé dans la reconstitution de l’évolution des environnements quaternaires fluviaux et côtiers, ainsi que dans la provenance des sédiments et archéo-matériaux. Il est membre du laboratoire IDEES, UMR 6266 CNRS, Université de Rouen Normandie.
Damase Mouralis est Professeur en Géographie Physique, spécialisé dans la reconstitution des environnements volcaniques quaternaires, ainsi que la caractérisation et la provenance des obsidiennes. Il est membre du laboratoire IDEES, UMR 6266 CNRS, Université de Rouen Normandie.
Olivier Gillet est Docteur en Géographie, spécialisé dans la modélisation des systèmes multi-agents, la gestion de risques et le développement des logiciels. Il est membre du laboratoire IDEES, UMR 6266 CNRS, Université de Rouen Normandie.
OpenEdition vous propose de citer ce billet de la manière suivante :
Stoil Chapkanski, Damase Mouralis, Olivier Gillet (12 avril 2026). Automatisation des analyses physico-chimiques sur séquences sédimentaires combinant un plateau motorisé et le logiciel PyCoreX. ArchéOrient - Le Blog. Consulté le 19 mai 2026 à l’adresse https://doi.org/10.58079/161yo

