Apport des analyses chimiques multi technique à la compréhension du comportement des éléments traces dans les filières sidérurgiques anciennes : application aux études de provenance et à la distinction des procédés : le cas du Pays de Bray normand

Contribution of chemical multi technical analyses to the understanding of trace elements behaviour in ancient iron-making processes : application to provenance studies and processes distinction

• Auteur / Autrice : Anne-Marie Desaulty
• Direction : Philippe Fluzin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur et microtechniques
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Besançon en cotutelle avec Université de Technologie de Belfort-Montbéliard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments traces

Propriétés thermiques

Sidérurgie

Bray, Pays de (France)

Métallurgie préhistorique

Mots clés libres

Procédé direct

Procédé indirect

études de provenance

Résumé

Afin de déterminer la provenance et le procédé d’élaboration d’objets en fer archéologiques, cette étude a cherché à préciser le comportement des éléments traces dans les filières sidérurgiques anciennes (procédé direct, indirect). Dans ce but, les compositions en éléments majeurs et traces d’échantillons archéologiques provenant du Pays de Bray ont été déterminées (EDS, LA/ICP-MS, INAA). Cette étude a montré que les inclusions des objets issues de la réduction directe contiennent la plupart des éléments traces présents initialement dans le minerai, alors que les inclusions de l’indirect sont issues de l’affinage d’une fonte considérablement épurée. Ce sont donc les ordres de grandeur des teneurs de ces éléments (La, Ce, Sm, U…) dans les inclusions des objets, qui permettent de distinguer les procédés. Une méthodologie afin de caractériser la signature chimique d’une région géologique a également été établie. La « signature déchet » permet de relier les scories, et les inclusions de l’objet fini aux minerais employés (Sm/Th, Th/U, La/Yb, Y/Yb …). Le pouvoir de discrimination de la « signature déchet » du Pays de Bray a été validé en la comparant à celles d’autres régions. Afin d’établir les échanges commerciaux entre Rouen et le Bray au Moyen Âge, la « signature déchet » de fers de construction d’églises rouennaises a été déterminée. Il apparaît que les signatures de ces objets sont très variables d’un échantillon à l’autre et différentes de celle du Bray. Ces résultats permettent de réfuter l’hypothèse d’une arrivée massive de fer brayon à Rouen et plaident pour un approvisionnement des chantiers de la ville fortement lié aux opportunités économiques et politiques.

Within the scope of establishing the provenance and iron-making process of ferrous archaeological artefacts, this study looks forward to specify the trace elements behaviour during the two ancient iron-making processes. To this end measurements of major and trace elements compositions of archaeological samples coming from the Pays de Bray were performed (EDS, LA/ICP-MS, INAA). For the bloomery process, most lithophile elements contained in the ore are mobilized in the slag and slag inclusions (SI). By contrast, for the indirect process, these elements are mobilized in the waste produced at the first stage of the process. As a consequence, the SI produced from the subsequent refining process of the cast iron are strongly depleted in lithophile elements. The order of magnitude variations in content of those elements (La, Ce, …) in the SI analyzed therefore permits to discriminate between the two processes. A methodology to characterize the chemical signature of a geological area was also established. The “waste signature” permits to connect slags, and SI of the iron artefact to the ores employed (Sm/Th, Th/U…). The discrimination capacity of the Pays de Bray “waste signature” was validated by comparing with signatures of other areas. This methodology was applied to assessment of commercial exchanges between Rouen and the Bray during the Middle Ages. The “waste signatures” of Rouen construction iron are very variable from one sample to another and different from the Pays de Bray signature. These results permit to contradict the hypothesis of a massive iron supply from the Pays de Bray, and plead for a supply strongly related to economic and political opportunities.