IFAO

Archéométrie: recherche, formations, diffusion



Projets de recherche

Notre programme principal de recherche porte sur la modélisation chronologique de l’Égypte ancienne, par une approche intégrée de l’archéométrie couplant étude des matériaux et datations 14C. Il s'inscrit sur la durée et se décline au travers du programme 17211 et de l’ANR Meryt. D'autres projets de recherche et étude sont menées en parallèle, au travers de différents collaborations

Les textiles anciens

Retrouvés fréquemment et en grande quantité sur de nombreux sites archéologiques, les textiles sont de bons indicateurs chronométriques dès lors que leur fabrication est associée à leur utilisation. Ils ont parfois été imbibées de produits tels baumes, résines, bitumes, qui peuvent s’avérer être des contaminants pour la datation 14C. La caractérisation analytique préalable de ces matériaux est primordiale pour comprendre la nature de ces possibles contaminations et adapter les protocoles de prétraitements chimiques pour datations 14C. En ce sens, Marie Ferrant a entrepris en 2018 une thèse de doctorat fléchée Ifao et co-encadrée par L. Bellot-Gurlet et A. Quiles : « De la caractérisation à la datation des textiles anciens : vers une approche analytique intégrée pour l’étude d’un marqueur chronologique de l’Égypte ancienne ».

Projet Thèse de doctorat Marie Ferrant

Ce projet de thèse vise à développer une méthodologie archéométrique complète pour l'étude des textiles de l'Égypte Ancienne, reposant sur des techniques de caractérisation des matériaux et de datation par le radiocarbone. En effet, les textiles sont abondamment retrouvés sur les sites de fouilles en Égypte et sont donc susceptibles d'être utilisés comme marqueurs chronologiques (proxies) lorsqu'ils sont associés à un contexte archéologique suffisamment précis. Cependant, ils sont parfois imprégnés de matières organiques liées à leur fonction (baumes de momification, produits d'imperméabilisation par exemple). Ces matériaux organiques peuvent influer sur la datation du textile, notamment lorsque des contaminants fossiles, tels que le bitume, sont présents. Ce projet vise donc à caractériser par spectroscopie infrarouge et par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse les textiles ainsi que les produits éventuellement imprégnés, développer des méthodes pour extraire les produits organiques contaminants pour la datation et enfin permettre l'intégration de ces textiles à de nouveaux modèles chronologiques pour l'Égypte Ancienne.

Projet Kettân

La datation 14C de textiles égyptiens présente une deuxième difficulté. Elle date leur fabrication – c’est à dire la coupe de la plante - qui peut, parfois, n’être qu’un terminus post quem pour l’événement archéologique qui leur est associé.

Afin d’intégrer avec justesse la datation de textile dans des modélisations chronologiques fines, il est indispensable de pouvoir apprécier, a priori, si ces objets ont été fabriqués pour l’événement archéologique qui leur est associé, ou s’il s’agit d’objets ayant déjà eu « une vie » avant d’être placés dans leur contexte de découverte. Pour cela, un défi méthodologique est de pouvoir apprécier a priori, c’est-à-dire avant d’entreprendre la datation, l’état de dégradation des fibres textiles et leur réponse à l’usage ou à des traitements spécifiques sur leurs morphologies et leurs structures moléculaires. Cela permettrait de trancher sur l’état d’usage de chaque textile daté, lors de son abandon. En suivant la chaîne opératoire de culture du lin aujourd’hui, nous collectons des échantillons de lin à chaque étape de sa transformation, afin de déterminer leurs signatures spectroscopiques et constituer des références de lin « pur » à diverses étapes de traitement, qui viendront implémenter nos bases de données spectroscopiques et botaniques.

Étude d’ossements anciens

Les ossements anciens constituent un très bon marqueur chronologique, dès lors qu’ils conservent suffisamment de collagène pour pouvoir être datés par 14C. L’état de préservation du collagène d’un ossement ancien dépend des conditions d’enfouissement (facteurs d’humidité, de température et de nature des sols). De façon générale le collagène des os est réputé être mal conservé en Égypte. Par ailleurs et pour un os donné, la conservation du collagène n'est pas nécessairement homogène. Avant d’engager une analyse, il est donc indispensable d’identifier la zone de prélèvement pertinente pour une datation 14C par une analyse non-invasive. Pour cela nous utilisons la spectrométrie infrarouge in-situ. Les échantillons conservant suffisamment de collagène peuvent ainsi être échantillonnés, et l’équipe 14C a été formée en 2019 à l’extraction de collagène. Ces analyses sont désormais disponibles au laboratoire.

Bois polychrome : approches archéométriques pour l’étude de cercueils en bois de l’Égypte ancienne et méthodes de conservation (Projet Imhotep GEM-CC, Monaris, Ifao)

Ce projet de recherche et formation vise à développer un protocole analytique intégré pour évaluer l'état de conservation des cercueils en bois de l'Égypte ancienne, en utilisant des techniques d'investigation et d'analyse de la matière première (bois), des couches de préparation et des décorations (pigments). Il est interfacé avec la campagne de restauration en cours au GEM d'une grande collection de cercueils en bois polychromes datés du Nouvel Empire à la période gréco-romaine. L'enjeu est d'adapter différentes approches analytiques à l'état de conservation de chaque objet afin de récolter les informations nécessaires sur les matériaux et techniques de fabrication, en utilisant des approches analytiques non invasives et non destructives (FTIR, Raman, XRF, SEM). Ce projet est soutenu par un consortium regroupant le centre de conservation du Grand Musée égyptien GEM-CC (Le Caire, Égypte), le laboratoire MONARIS (Paris-France) et le pôle archéométrie de l’Ifao. Nous partageons nos connaissances, équipements et ressources humaines, et menons des actions d’analyses et formation à la fois au GEM-CC et en France. Ce projet est conjointement financé dans le cadre d’un partenariat Hubert Curien, Bourse Imhotep, par l’Académie de recherche scientifique et de technologie et l'Institut français en Égypte.

Études empiriques sur les matériaux de restauration et de conservation

En parallèle à nos activités de terrain, nous développons des recherches expérimentales sur les matériaux utilisés à des fins de restauration et de conservation, avant de les appliquer sur site et en particulier lorsque nous mettons en usage de nouveaux composés. Ces études prennent différentes orientations, par exemple tester des produits comme des dérivés d'acrylates, des époxydes et des biopolymères comme le chitosane. Une autre étude est en cours pour tester les matériaux utilisés pour l'électrolyse des couches de corrosions des métaux et alliages anciens. Ces travaux sont basés sur un ensemble de produits utilisés pour réduire la corrosion des anciens objets métalliques tels que le sesquicarbonate de sodium, le dithonite de sodium + l'hydroxyde de sodium, l'électrode sélective Cl- et le métaphosphate de sodium + EDTA.

Pour les pierres, nous menons des études sur les mortiers en testant des mélanges de mortiers de chaux avec différentes moyennes de liants et charges, suivant le protocole du Centre interdisciplinaire de conservation du patrimoine de Marseille. D'autres tests sont effectués pour évaluer la qualité de compresses utilisées dans le dessalement de pierres anciennes en utilisant des matériaux tels que la bentonite et la cellulose Abrocyel. Une formation aux techniques de restauration de la pierre à en ce sens était dispensée à l’ensemble de l’équipe, par A. Bourges (LRMH) et P. Bromblet (CICRP), en juin 2019.

Extraction de phytolithes 

Sous la direction d’Aline Barbier (laboratoire ArScan, Nanterre), en 2019, l'équipe du laboratoire d'étude des matériaux a suivi une formation sur les méthodes d’extraction de phytolithes trouvés dans des échantillons de sol et de céramique. La formation avait pour but de présenter le protocole de préparation des échantillons et l’identification des types de phytolithes à l’aide de microscopie à lumière polarisante et stéréoscopique en laboratoire. Ces analyses sont susceptibles de délivrer des informations importantes sur l'ancien biosystème de la région d’origine de l’échantillon, tel que la composition des matériaux de construction, le régime alimentaire, l'artisanat, les pratiques funéraires, le système d'agriculture, les meules ainsi que la transformation des céréales.

Tables rondes, conférences

Dans le cadre de l’appel à projets scientifiques publié annuellement par l’Ifao, nous rassemblons chaque année les participants potentiels à cet appel pour discuter de la mise en place de leurs projets d’études en archéométrie. Cette journée annuelle de rencontres en archéométrie, qui se tient en France, à vocation à créer un espace de discussion entre archéologues et spécialistes des sciences appliquées à l’archéologie, afin de favoriser la mise en place de nouvelles collaborations et renforcer les collaborations existantes.

Publications

- A. Quiles, L. Beck, E. Delque Kolic, M. Gaudeul, V. Invernon, S. Muller, G. Rouhan, 2021. Les herbiers pour affiner la courbe de calibration radiocarbone pour l’Égypte ancienne, dans Pellens, R. (Ed) Les collections naturalistes dans la science du XXIe siecle, une ressource durable pour la science ouverte. ISTE - Sciences, Biodiversité, 2021, ISBN 9781789480498.

- A. Quiles, S. Emerit, V. Asensi-Amorós, L. Beck, I. Caffy, E. Delqué-Količ, H. Guichard. “New Chronometric Insights into Ancient Egyptian Musical Instruments Held at the musée du Louvre and the musée des Beaux-Arts de Lyon”, Radiocarbon, 2021. doi:10.1017/RDC.2020.135.

- F. Colin, A. Quiles, M. Schuster, D. Schwartz, C. Duvette, S. Marchand, M-A. El Dorry, J. van Heesch, “The End of the “Green Oasis”. Chronological Bayesian Modeling of Human and Environmental Dynamics in Bahariya (Egyptian Sahara) from Pharaonic Third Intermediate Period until Medieval Times”, Radiocarbon, 2019, DOI:10.1017/RDC.2019.106.

- A. Quiles, N. Sabri, M. Abd el-Fattah, N. Mounir, “The IFAO Radiocarbon Laboratory: A Status Report”, Radiocarbon 59(4), 2017, p. 1157-69, DOI: 10.1017/RDC.2017.35.



Research projects of the Archeometry Department

Our main research program focuses on the chronological modeling of ancient Egypt, using an integrated approach of archeometry combining the study of materials and C14 dating. It takes place over time and is available in the cadre of the program 17211 and the ANR Meryt. Other research projects and studies are carried out in parallel, through various collaborations.

Study of Ancient Textiles

Found frequently and in large quantities on many archaeological sites, textiles are considered as good chronometric indicators as soon as their manufacture is associated with their use. They have sometimes been soaked with products such as balms, resins, bitumens, which may prove to be contaminants for C14 dating. The prior analytical characterization of these materials is essential to understand the nature of these possible contaminations and to adapt the chemical pre-treatment protocols for C14 dating. In this trajectory, Marie Ferrant undertook in 2018 an Ifao provided doctoral thesis, co-supervised by L. Bellot-Gurlet and A. Quiles: « From the characterization to the dating of old textiles: towards an integrated analytical approach for study of a chronological marker of ancient Egypt ».

PhD thesis project of Marie Ferrant

This PhD project aims at developing new archaeometric methodologies for the study of textiles from Ancient Egypt. Textiles are abundantly excavated from archaeological sites in Egypt and could possibly be used as time-based marker (proxy) when found in very well documented archaeological contexts. However, due to their function, they are sometimes impregnated with organic materials, such as mummification balms or waterproofing agents. These compounds are likely to bias the radiocarbon dating of the textile, especially when fossil substances (such as bitumen for instance) are present. This project focuses on identifying textiles and impregnated products (relying of infrared spectroscopy and GC-MS characterization), developing extraction procedures to "clean" the textile and on integrating these textiles to new chronological models for Ancient Egypt. 

Kettân Project

The C14 dating of Egyptian linen textiles presents a second difficulty. It dates their manufacture - probably the cut of the plant - which can, sometimes, be only a terminus post quem for the archaeological event associated with them.

In order to correctly integrate textile dating into precise chronological models, it is essential to be able to assess, a priori, whether these objects were manufactured for the archaeological event associated with them, or whether they are objects that have already had "a life" before being placed in their context of discovery. For this, a methodological challenge is to be able to assess a priori, before undertaking dating, the state of degradation of textile fibers and their response to use or to specific treatments on their morphologies and their molecular structures. This would make it possible to decide on the state of use of each textile, when it is abandoned. By following the operating chain of flax cultivation today, we collect flax samples at each stage of their transformation, in order to determine their spectroscopic signatures and to constitute references of “pure” flax at various stages of treatment, on which we will establish our spectroscopic and botanical databases. In the laboratory, we also carry out artificial aging tests, seeking to identify the states of thermal degradation that can affect the chemical composition of ancient linen.

Study of Ancient Bones

Old bones are a very good chronological marker, as long as they retain enough collagen to be able to be dated by C14. The state of preservation of collagen in an old bone depends on the burial conditions (factors of humidity, temperature and nature of the soil). In general, bone collagen is said to be poorly preserved in Egypt. Furthermore, for a given bone, the conservation of collagen is not necessarily homogeneous. Before initiating an analysis, it is therefore essential to identify the relevant sampling area for C14 dating by a non-invasive analysis. For this purpose, we use infrared spectrometry in an in-situ ATR mode. Samples retaining enough collagen can thus be sampled, and the C14 team was trained in 2019 to extract collagen. These analyzes are now available in the laboratory.

Polychrome wood: Archaeometric approaches for the study of wooden coffins from Ancient Egypt and Conservation methods, Imhotep project, GEM-CC, MONARIS, IFAO

This research and training project aims mainly to develop an integrated analytical protocol to assess the state of conservation of wooden coffins from Ancient Egypt, using techniques of investigation and analysis of the raw material (wood), preparation layers and decorations (pigments). It is interfaced with the ongoing restoration campaign at GEM of a large collection of polychrome wooden coffins dated from the New Kingdom to the Greco-Roman period. The challenge is to adapt different analytical approaches to the state of conservation of each object in order to collect the necessary data on the materials and manufacturing techniques, using non-invasive and non-destructive analytical approaches (FTIR, Raman, XRF, SEM). This project is supported by a consortium comprising the conservation center of the Grand Egyptian Museum GEM-CC (Cairo, Egypt), the MONARIS laboratory (Paris-France) and the archaeometry center of Ifao. We share our knowledge, equipment and human resources, carrying out analysis and training actions both at GEM-CC and in France. This project is jointly funded as part of a Hubert Curien partnership, Imhotep Scholarship, by the Academy of scientific research and technology and the French Institute in Egypt.

Empirical studies on Restoration and Conservation materials

In parallel with our field activities, we are developing experimental research on the materials used for restoration and conservation purposes, before applying them on site and when we use new compounds. These studies take different orientations, for example testing products such as acrylate derivatives, epoxies and biopolymers such as chitosan. Another study is underway to test the materials used for the electrolysis of the corrosion layers of ancient metals and alloys. This work is based on a set of products used to reduce corrosion of ancient metal objects such as sodium sesquicarbonate, sodium dithonite + sodium hydroxide, the selective electrode Cl- and sodium metaphosphate + EDTA.

For stones, we are conducting studies on mortars by testing mixtures of lime mortars with different quantities of binders and fillers, according to the protocol of the Interdisciplinary Center for the Conservation of the Heritage of Marseille. Other tests are performed to assess the quality of poultices used in the desalination of ancient stones using products such as bentonite and Abrocyel cellulose. A training on stone restoration techniques in this track was given to the entire team, by A. Bourges (LRMH) and P. Bromblet (CICRP), in June 2019.

Phytolith Extraction

Under the supervision of Aline Barbier (Arscan laboratory, Nanterre), in 2019, the team of the materials study laboratory underwent training on the methods of extraction of phytoliths found in soil and pottery samples. The purpose of the training was to present the sample preparation protocol and the identification of types of phytoliths using polarized and stereoscopic light microscopy in the laboratory. These analyzes are likely to provide important information on the ancient biosystem of the region of origin of the sample, such as the composition of building materials, diet system, crafts, funeral practices, the system of agriculture, millstones as well as grain processing.

Workshops, Conference

As part of the call for scientific projects published annually by Ifao, each year we bring together potential participants in the "Rencontres en archéométrie" call to discuss the implementation of their study projects in archaeometry. This annual day, which is held in France, aims to create a space for discussion between archaeologists and specialists in sciences applied to archeology, in order to promote the establishment of new collaborations and strengthen existing collaborations.

Publications

- A. Quiles, L. Beck, E. Delque Kolic, M. Gaudeul, V. Invernon, S. Muller, G. Rouhan, 2021. Les herbiers pour affiner la courbe de calibration radiocarbone pour l’Égypte ancienne, dans Pellens, R. (Ed) Les collections naturalistes dans la science du XXIe siecle, une ressource durable pour la science ouverte. ISTE - Sciences, Biodiversité, 2021, ISBN 9781789480498.

- A. Quiles, S. Emerit, V. Asensi-Amorós, L. Beck, I. Caffy, E. Delqué-Količ, H. Guichard. “New Chronometric Insights into Ancient Egyptian Musical Instruments Held at the musée du Louvre and the musée des Beaux-Arts de Lyon”, Radiocarbon, 2021. doi:10.1017/RDC.2020.135.

- F. Colin, A. Quiles, M. Schuster, D. Schwartz, C. Duvette, S. Marchand, M-A. El Dorry, J. van Heesch, “The End of the “Green Oasis”. Chronological Bayesian Modeling of Human and Environmental Dynamics in Bahariya (Egyptian Sahara) from Pharaonic Third Intermediate Period until Medieval Times”, Radiocarbon, 2019, DOI:10.1017/RDC.2019.106.

- A. Quiles, N. Sabri, M. Abd el-Fattah, N. Mounir, “The IFAO Radiocarbon Laboratory: A Status Report”, Radiocarbon 59(4), 2017, p. 1157-69, DOI: 10.1017/RDC.2017.35.



- A. Quiles, L. Beck, E. Delque Kolic, M. Gaudeul, V. Invernon, S. Muller, G. Rouhan, 2021. Les herbiers pour affiner la courbe de calibration radiocarbone pour l’Égypte ancienne, dans Pellens, R. (Ed) Les collections naturalistes dans la science du XXIe siecle, une ressource durable pour la science ouverte. ISTE - Sciences, Biodiversité, 2021, ISBN 9781789480498.

- A. Quiles, S. Emerit, V. Asensi-Amorós, L. Beck, I. Caffy, E. Delqué-Količ, H. Guichard. “New Chronometric Insights into Ancient Egyptian Musical Instruments Held at the musée du Louvre and the musée des Beaux-Arts de Lyon”, Radiocarbon, 2021. doi:10.1017/RDC.2020.135

- F. Colin, A. Quiles, M. Schuster, D. Schwartz, C. Duvette, S. Marchand, M-A. El Dorry, J. van Heesch, “The End of the “Green Oasis”. Chronological Bayesian Modeling of Human and Environmental Dynamics in Bahariya (Egyptian Sahara) from Pharaonic Third Intermediate Period until Medieval Times”, Radiocarbon, 2019, DOI:10.1017/RDC.2019.106.

- A. Quiles, N. Sabri, M. Abd el-Fattah, N. Mounir, “The IFAO Radiocarbon Laboratory: A Status Report”, Radiocarbon 59(4), 2017, p. 1157-69, DOI: 10.1017/RDC.2017.35.