ANTHRACOLOGIE L’ ÉTUDE DES CHARBONS DE BOIS: INITIATION À LA DÉMARCHE

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ANTHRACOLOGIE Anthrax, -akos = charbon ardent

•Science qui étudie les charbons de bois soit en milieu archéologique soit en milieu non anthropisé

•Chaque plante ligneuse a une structure du bois spécifique qui ne se détruit pas par carbonisation ni enfouissement postérieurs

•En contexte archéologique, ces charbons indiquent les plantes utilisées par l’homme et également les boisements qui les entouraient

Histoire des Recherches

•Le début du 20ème siècle: Breuil, Dangeard, Fliche (France) Intérêt ethnologique (culturel)

•Les années 1940: Godwin, Tansley, Salisbury, Jane (Angleterre) Intérêt paléoécologique

•Les années 1960-1970: Couvert, Santa, Vernet (France), Schweingruber (Suisse), Western (Angleterre), Follieri (Italie) Développements technologiques (microscopie à réflexion, datation 14C) Extension géographique (Europe, Afrique, Proche et Moyen Orient, Amérique du Sud)

SIR HARRY GODWIN

L’ABBE BREUIL

• Bois = tissu conducteur et de soutien composé de différents éléments : Angiospermes Gymnospermes fibres trachéides vaisseaux parenchyme parenchyme

(Tissus végétaux constitué de cellules vivantes à paroi pecto-cellulosique et avec des perforations)

• La présence et l’agencement de ces différents éléments est caractéristique de chaque plante ligneuse • L’identification se réalisée sur des fragments supérieurs à 0.5 mm (taille idéale = 4 mm) coupés par simple fracture manuelle selon trois plans observés au microscope de réflexion (x100-1000 fois)

…avec une connaissance de la structure anatomique du bois au niveau cellulaire

Comment est-ce qu’on identifie les charbons de bois?

Schoch, Heller, Schweingruber & Kienast. 2004. Wood anatomy of central European Species. Online: www.woodanatomy.ch

PLAN TRANSVERSAL

EXEMPLE:

Abies alba (sapin blanc)

EXEMPLE: Ulmus campestris (orme champêtre)

Conifères (Gymnospermae): plantes avec graines nues

Angiospermae: plantes à fleurs avec graines dans les fruits

CERNE = 1 ANNÉE

BOIS FINAL (été) BOIS INITIAL (printemps)

CERNE = 1 ANNÉE

BOIS FINAL

BOIS INITIAL

Taxus baccata (If)

Acer campestre (érable)

Fraxinus excelsior (frêne)

Rhamnus cathartica (nerprun purgatif)

Alnus glutinosa (aulne) Vitis vinifera (vigne)

Pinus sylvestris (pin) Quercus pubescens (chêne pubescent)

Fagus sylvatica (Hêtre)

TRANSVERSAL (X100) RADIAL (X250) TANGENTIEL (X250)

RAYONS (éléments horizontaux)

VAISSEAUX (éléments verticaux)

3 PLANS: TRANSVERSAL, RADIAL, TANGENTIEL

Perforation scalariforme

Taxu

s ba

ccat

a (If

) Pi

nus

sylv

estr

is (p

in)

TRANSVERSAL RADIAL TANGENTIEL PLAN:

-Critères d’identification Canaux de résine

Taille de perforations Epaississements spiralés

ANTHRACOLOGIE

Identification taxonomique des charbons de bois macroscopiques

>2 mm

Quantification des particules brulées microscopiques

< 250 μm

Fréquence des incendies Impact humain dans le paysage (grandes échelles géographiques)

Composition de végétation Activités et choix humains (échelle locale)

Carottes sédimentaires Fouilles

ANALYSE DES MICROCHARBONS

Manipulation direct Préparation des lames (traitement physico-chimique)

Microscopie à lumière transmise Microscopie à lumière réfléchie

DEFINITION

SOURCE

TAILLE

METHODE

OBSERV.

BUT

BOIS ANHYDRE BOIS

BOIS TORREFIE BRAISES CENDRES

déshydratation torréfaction pyrolyse (carbonisation)

oxydation (comburation)

ENDOTHERMIQUE

TEMPERATURE 170°C 270°C 500°C

APPORT DE CHALEUR

EXOTHERMIQUE (combustion) ignition

700°C

CHARBONS DE BOIS Apport d’oxygène trop faible = combustion incomplète =

Qu’est-ce qu’un charbon de bois?

~300°C pour la plupart d’activités >>300°C transformation des minéraux

Les charbons de bois où se trouvent-ils?

Divers situations sédimentaires: sols, sédiments lacustres (fond du lac), sédiments alluviaux (de rivière), etc. ~charbons de bois en concentrations basses, tailles petites (microscopique)

surtout dans les sédiments archéologiques

(activités humaines): foyers, fours, fourneaux,

charbonnières, crémations, etc. ~concentrations hautes, tailles

grandes (macroscopique)

Pourtant…

Les charbons de bois sont résistants aux attaques chimiques et biologiques, et ils sont bien représentés dans…

Ils se récupèrent par…

1. Prélèvement direct

2. Tamisage à sec

3. Tamisage avec de l’eau

4. Flottation

1

2 3

4

Séquence d’analyse • Fouilles et récupération • Strategie de prélèvement • Identification (qualitative et quantitative) • Interprétation du diagramme anthracologique

Questions • Quelle est l’histoire de la végétation d’une localité? • Quel bois a été utilisé par l’homme et pourquoi? Interpréter le choix du combustible qualité du bois mais pourquoi faire? disponible dans son environnement? utilisation du lignite ou de l’os par manque de bois?

Stratégie d’échantillonnage • stratigraphique • suivant les différents structures niveaux incendiés : bois de construction niveaux domestiques : bois pour cuisiner fours de cuisson (poterie) ateliers de métallurgie nécropoles à incinération • spatial (charbons de bois dispersés)

ETUDES ANTHRACOLOGIQUES

1. Quelle a été la réponse de la végétation par rapport aux changements climatiques? 2. Quel type de bois l’homme a-t-il utilisé et pourquoi? 3. Peut-on identifier si un arbre est cultivé? Information écologique supplémentaire préservée dans la structure du bois

1,2

3

1. Troubat (Hautes Pyrénées, altitude 541m) Diagramme anthracologique (12.000 – 8000 14C bp)

TAR

DIG

LAC

IAL

HO

LOC

EN

E

Nerprun, Prunier Chêne caducifolié Noisetier

Succession

Heinz, 2000

Genévrier Argousier Taxon (~espèce)

Echantillon ou couche archéologique

Ord

re s

tratig

raph

ique

(chr

onol

ogiq

ue)

La rivière Cesse

2. Sallèles-d’Aude (Pyrénées orientales) : étude de 10 fours de céramique

3. La culture de l’olivier (Olea europea L.) pendant la période Médiévale

• la culture d’olivier? • l’irrigation des oliveraies?

L’olivier: arbre caractéristique de la zone Méditerranéenne, sauvage ou cultivé…

En utilisant les charbons de bois trouvés dans les sites archéologiques, peut-on identifier:

Terral & Mengüal, 1999

Mesures anatomiques GRW = Largeur de cerne SVS = Surface des vaisseaux (mm2) NVS = Nombre de vaisseaux par groupe DVS = Densité des vaisseaux (nb. de vaisseaux / mm2)

CD (Conductivité hydraulique) = (SVS / π)2/ DVS

PLAN TRANSVERSAL DE BOIS D’OLIVIER

Vaisseaux

3. A quelle date remonte la première culture de l’olivier?

DVS = Densité des vaisseaux (nb. de vaisseaux / mm2)

CD (Conductivité hydraulique) = (SVS / π)2/ DVS

DVS & Température

CD & Précipitation

PLAN TRANSVERSAL DE BOIS D’OLIVIER

Mesures anatomiques •GRW = Largeur de cerne •SVS = Surface des vaisseaux •NVS = Nombre de vaisseaux par groupe •DVS = Densité des vaisseaux •CD = Conductivité hydraulique

•Sauvage, habitat humide (zone riparienne)

•Cultivé, irrigué

•Cultivé sans irrigation

•Sauvage, habitat sec

Spécimens modernes

(Terral & Durand, 2006)

La culture de l’olivier (Olea europea L.) pendant la période Médiévale

Sauvage, habitat humide (riparien)

Cultivé, irrigué

Cultivé sans irrigation

Sauvage, habitat sec

Résultats de l’analyse statistique multivariée des caractères anatomiques des charbons de bois d’olivier (spécimens modernes)

Lunel-Viel (Languedoc, France)

Site: fossé rurale 9 -11ème siècles

Ortolo (Corse, France)

Site: foyer domestique 15ème siècle

Tarragona (Catalogne, Espagne)

Cabrera d’Anoia (Catalogne, Espagne)

Sites: fours de céramique 11-14ème siècles

Oliviers cultivés, irrigués

Oliviers cultivés, (irrigués et non-irrigués); quelques individus sauvages.

Oliviers cultivés, irrigués et non-irrigués

Spécimens archéologiques

RESUME

• La grotte de Troubat : un enregistrement détaillé de la composition floristique des boisements locaux pendant la transition Pleistocene/Holocene • Sallèles-d’Aude : l’homme a utilisé le bois disponible dans son entourage suivant l’évolution du couvert forestier produit par l’impact anthropique

• Le rôle de l’olivier dans l’agriculture Médiévale: l’identification de la culture et de l’irrigation des oliveraies par l’étude de l’eco-anatomie

CARPOLOGIE L’ ÉTUDE DES GRAINES ET FRUITS PRESERVES EN MILIEU ARCHEOLOGIQUE

Karpos = fruit de la terre et des plantes

Macro-restes végétaux – paléo-ethnobotanique / archéobotanique

Plant macro-remains – palaeoethnobotany / archaeobotany

Paléo-semences - carpologie

Terminologie

~Anglo-Americaine

~Française

ANTHRACOLOGIE (charbons de bois)

PALYNOLOGIE (pollen et spores)

CARPOLOGIE (semences: fruits,

graines, etc.)

Paléoécologique Archéologique

Paléoclimat

Histoire de la végétation (échelle régionale)

Changements de végétation (échelle locale)

Activités et choix humains

Macro-restes végétaux : paléo-ethnobotanique ou archéobotanique

ANTHRACOLOGIE (charbons de bois)

PALYNOLOGIE (pollen et spores)

CARPOLOGIE (semences: fruits,

graines, etc.)

Phytoliths

Microcharbons

Microfossiles

Pourquoi étudier la carpologie? • Retracer l’histoire de l’alimentation végétale, des espèces consommées (sauvages ou cultivées) et des préparations réalisées (les modes culinaires)

• Suivre l’évolution de l’ensemble du phénomène agricole et les processus de domestication des espèces

• Connaître l’environnement et sa gestion

• Etudier certains aspects des pratiques cultuelles: offrandes religieuses, dépôts funéraires, médicaments, vêtements…

CARPOLOGIE (semences: fruits,

graines, etc.)

La détermination des fruits et graines est dans la majorité des cas possible jusqu’au rang botanique de l’espèce

Eléments derivés de l’évolution florale •Fruits et pièces fructifères

•Graines (produit de l’évolution d’un ovule fécondé, destiné a disséminer l’espèce)

•Téguments (tissus protecteurs)

Parties végétatives •Rhizomes, bulbes, tubercules

•Feuilles, tiges, pédoncules (attache d’une fleur ou d’un fruit sur la tige)

•Inflorescence (ensemble des fleurs regroupées sur le même axe)

rachis épillet

glumes

Poaceae

Inflorescence (type épi)

Glumelles (paléole et lemme)

Rachillet

fleur

…grain (caryopse)

1. Carbonisation a) proximité d’un foyer ou d’un four b) four de céramique c) endroit de stockage ou grainier

(nettoyage par feu) d) conflagration (incendie) majeure e) assèchement des céréales résistance à l’attaque bactérienne et mycologique préservation de bois, graines, semences, noix, Fruits en condition de carbonisation optimale, tissus parenchymateux (tubercules et bulbes) rétrécissement, gonflement, production de fissures

Trois vues d’un grain de blé carbonisé (engrain, Triticum monococcum) Néolithique inférieur (Bandkeramik) Allemagne

Conditions de préservation

(Kreuz & Boenke 2002, Veget Hist & Archaeobotany)

Vitis vinifera Vigne Vitoria, Espagne, Siècles XIV-XV

2. Dessiccation

• Dans les zones très arides, les processus de décomposition sont arrêtés • Phénomène principalement des régions arides (Egypte, bassin de la Mer

Morte), dans les grottes, tombes, pyramides • Rarement dans les zones tempérées (récipients clos, bâtiments) • Dans ces situations très arides, préservation parfaite des graines,

semences, fruits, légumes, tubercules, et même feuilles, fleurs, tissus mou des légumes.

Conditions de préservation

Matériau de construction et isolation de bâtiments du Moyen Age. Fribourg, Suisse

Graines d’espèces sauvages de Graminées

charançon (Ernst & Jacomet 2005, Veget Hist & Archaeobotany)

3. Imbibition (milieux saturés en eau)

• Conditions anaérobiques (absence d’activité bactérienne) permettant une préservation excellente, même des détails morphologiques les plus délicats

• Tourbières, sédiments de lac, puits, fosses d’aisance (latrine) • Selon les conditions physiques et géochimiques du milieu

(température, pH, oxygénation, etc.)

Conditions de préservation

Corylus avellana Noisetier Apium graveolus Céléri Prunus cerasus Cerise Verbena officinalis Verveine

Port d’Irun (Espagne)

(Brombacher 1997, Veget Hist & Archaeobotany)

4. Minéralisation • Remplacement du matériel organique par des substances inorganiques

et résistantes trouvées dans le milieu sédimentaire • Ex. Carbonate de calcium (CaCO3), silice • Ex. latrines, fosses

Conditions de préservation

Préservation des racines par Ca3(PO4)2

Dépôt de l’Age du Bronze, Potterne, Wiltshire, Angleterre

(Webb et al. 2003, J Arch Sci)

5. Préservation par des oxydes de métaux

• Les oxydes de bronze, cuivre et argent sont extrêmement toxiques aux bactéries et champignons

• La proximité d’objets métalliques en milieu humide peut contribuer à la préservation des restes de plantes

Conditions de préservation

6. Empreintes a) poterie b) briques c) matériaux de construction • Préservation des traces de graines, feuilles, etc. • Les liens entre l’identification des plantes et la typologie culturelle aident

à la datation des plantes • Identification difficile

Empreintes des fragments des inflorescences de deux espèces du blé (engrain, blé dur) Poterie du Néolithique inferieure de Scandinavie (culture Ertebølle)

Conditions de préservation

1. Prélèvement direct

2. Tamisage à sec

3. Tamisage avec de l’eau

4. Flottation

1

2 3

4 X

X

Récupération des macrofossiles végétaux

Histoire des Recherches

« La naissance de l’agriculture au Proche-Orient et sa diffusion en Europe »

Buts: 1. Retrouver des ancêtres sauvages des premières plantes cultivées 2. Dater et localiser leur domestication au Proche-Orient 3. Comprendre la diffusion du premier ensemble agricole en Europe

…confrontation des données carpologiques, archéologiques, phytogéographiques et génétiques

Carpologie prend son essor…

1968 – création de l’International Working Group for Palaeoethnobotany intensification et développements importants de la discipline

…Deuxième moitié du XXe siècle

Un assemblage de huit plantes à l’origine de la plus ancienne agriculture « founder crops » …

3 céréales : blé engrain (Triticum monococcum), amidonnier (T. dicoccum), orge (Hordeum vulgare) 4 légumes : lentille, pois, ers (Vicia ervilia), pois chiche Textile/huile : lin

1. Retrouver des ancêtres sauvages des premières plantes cultivées

•30 ans de fouilles •>50 sites datant de 19.000 à 8500 14C bp au Proche Orient •>35 sites avec échantillonnage par flottation •Des milliers de restes de graminées, de légumineuses, de diverses graines et fruits, etc.

Comment identifier les ancêtres sauvages des plantes?

•Etude phytogéographique +

•Méthode taxonomique – similarités morphologiques

•Méthode cytogénétique – fertilité des hybrides

•Méthodes ADN - « DNA fingerprinting »

1. Retrouver des ancêtres sauvages des premières plantes cultivées

Entre la cueillette et l’agriculture, peu de changements de comportement chez l’homme ont été nécessaires…

Récolte sauvage – dissémination des céréales sauvages – gestion des champs sauvages

L’agriculture pré-domestique - une symbiose concerne des plantes encore morphologiquement sauvages (non-domestiques) mais leur multiplication s’effectue grâce à l’homme (semailles)

Domestication - une réponse génétique au niveau d’une population, provoquée par une sélection résultant d’une manipulation par l’homme Pour le carpologue, cette réponse génétique se manifeste par des changements morphologiques

2. Dater et localiser la domestication au Proche-Orient

Les premiers signes de la culture des plantes dans l’Ancien Monde se trouvent dans un petit nombre de villages du Néolithique inferieur au Proche Orient entre 10600 et 10 000 cal BP

Les céréales les plus anciennes connues datent du Kébarien (19.000 BP)

Récolte sauvage + l’agriculture pré-domestique

Domestication

Pression sélective (sélection naturelle) : • Perte du mode de dispersion • Perte de la dormance et uniformité de la germination • Augmentation de taille des grains • Augmentation du rendement par nombre d’inflorescences • Uniformité de la maturité

~8000 ans

Comment reconnaître la domestication à partir de restes végétaux? Chez les céréales…

Diagnostique de domestication: changements morphologiques liés à la dispersion des grains Ex: Blé - le rachis semi-solide qui retient les épillets après la maturation…

Kobaederra, Espagne Age du Bronze, ~4000 BP

Chez les céréales… Augmentation de la taille

Engrain Orge

Blé

Blé, engrain Orge

Jerf el Ahmar, Syrie 11.200 cal BP « early » 10.300 cal BP « late »

Chez les légumineuses… •Gousses fermées après la maturité •Changements de la testa (peau de graine) •Augmentation de la taille

Graines de fève (Vicia faba) de Tell El-Kerkh, Syrie, 11e mill cal BP

Modernes

Archéologiques

3. La diffusion de l’assemblage des plantes cultivés en Europe…

Tell Abu Hureyra9500 BP

9000BP

8000BP

8-7000BP

7000BP

9000BP

Triticum dicoccum, T monococcum, HordeumLinum usitatissimum, Papaver somniferum

Triticum durumLens culinarisPisum sativum

Triticum durumHordeumLens culinarisPisum sativum

Néolithique précéramique 9500 BP

Mésolithique 12-11000 BP

Triticum dicoccum, T monococcum, HordeumPisum sativum, Lens culinaris, Cicer arietinumLinum usitatissimum

collecte de Graminés et Légumineuses sauvages Grande diversité

Courant rubané Courant méditerranéen

Origine et diffusion de la Agriculture dans l’Ancien Monde

4500 BP

(~10700 cal BP)

(~13500 cal BP)

« Tollund Man » Le dernier repas d’un homme condamné…

• ~40 espèces de graines • Aucune trace de viande, poisson ou fruit • Dernier repas de gruau (orge/avoine), « porridge » • Implications saisonnières • Un repas populaire dans l’Age de Fer?

Orge (Hordeum vulgare L.)

Lleida, Catalogne •Bassin de l’Ebro

•Climat continental, Mediterranéen, sec

5e - 4e siècle BC Période Ibérique – « Iltirta » Ville principale du province des Ilerget Habitation continue jusqu’au présent

Etude carpologique Données archéobotaniques pour une période de treize siècles

(2e siècle B.C. – 11e siècle A.D.) Quatre phases principales: A. Ilerda, période républicaine (2e siècle B.C. à ~0 A.D.)– transition Ibérique –

Romain

B. Ilerda, période impériale (0 A.D. à 5e siècle A.D.) – ville romaine faisant partie de l’empire

C. Période des Wisigoths (6e et 7e siècles A.D.)

D. Medina Larida (8e à 12e siècles A.D.) – période Islamique « Al-Andalus »

(Alonso Martinez, 2005, Veget History & Archaeobotany)

Archéologie urbaine dans la ville de Lleida

Ilerda, républicaine – 2 interventions, 19 échantillons Ilerda, impériale – 6 interventions, 19 échantillons Période Wisigoth – 1 intervention, 1 échantillon (!) Medina Larida – 5 interventions, 12 échantillons

586.916 restes de graines et fruits

Phase A. Ilerda, période républicaine Plantes sauvages Mauvaises herbes Agrostemma githago Amaranthus sp Chenopodium album Galium aparine subsp. aparine Lolium cf. temulentum Phalaris sp Rumex sp Vaccaria type Haies Rubus ulmifolius Sols salés Aizoon hispanicum Beta type Lythrum Divers cf. Brassica sp Chenopodium sp Lepidium type Papilionaceae Poaceae Poaceae, rachis fragm cf. Solanum sp Stellaria sp Veronica sp Rosmarinus/Cistus leaves Vitis type stems Cenococcum

Fruits Ficus carica - figue Juglans regia - noix Prunus persica - pêche Olea europaea - olive Vitis vinifera - raisin

Céréales Hordeum vulgare -orge Triticum aestivum/durum -blé

Légumineuses Lens culinaris -lentille Vicia faba -fève Vicia/Lathyrus

Plantes cultivées

Phase B. Ilerda, période impériale

Fruits Ficus carica -figue Malus/Pyrus –pomme/poire Prunus persica -pêche Olea europaea -olive Vitis vinifera -raisin

Céréales Hordeum vulgare -orge Triticum aestivum/durum -blé Triticum dicoccum - Secale cereale -seigle

Légumineuses Lens culinaris - lentille Pisum sativum - pois

1. Orge 2. Blé (grains) 3. Blé (rachis) 4. Seigle 5. Raisins 6. a. Pois b. Lentille 7. Olive 8. Pêche

Phase D. Medina Larida

Fruits Cucumis melo/sativa - melon Ficus carica Juglans regia Malus/Pyrus Prunus dulcis - amande Punica granatum - grenadier Olea europaea Vitis vinifera

Céréales Hordeum vulgare Triticum aestivum/durum Setaria italica -millet Secale cereale Légumineuses -Lens culinaris

Textile/Huile Camelina sativa - caméline Linum usitatissimum - lin

Malus (pomme)

1. Pomme/ poire

2. Melon

3. Raisin

4. a. Lin

b. Grenade 5. Lentille

6. Caméline

7. Figue

Lin

Fruits

Légumineuses

Céréales

Lin

Fruits

Légumineuses

Céréales

Domestication of Plants in the Old World, Daniel Zohary and Maria Hopf Oxford University Press 3rd Edition, reprinted 2004

Journal of Vegetation History and Archaeobotany

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