Les isotopes des métaux de transition (Cu, Fe, Zn) au service de l'anthropologie

Using metal stable isotopes for anthropological purposes

• Auteur / Autrice : Klervia Jaouen
• Direction : Vincent Balter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 19/10/2012
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (Lyon ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Francis Albarède
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Balter, Francis Albarède, Jaroslav Bruzek, Jeroen Sonke, Estelle Herrscher, Éric Crubézy, Thomas Tütken
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jaroslav Bruzek, Jeroen Sonke

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux de transition

Isotopes stables

Traceurs (chimie)

Anthropologie physique

Mots clés libres

Détermination du sexe

Âge au décès

Ménopause

Fer

Cuivre

Zinc

Sex assessment

Age at death

Menopause

Iron

Copper

Zinc

Résumé

Depuis les années soixante-dix, l’outil isotopique, d’abord développé en géochimie, s’est généralisé en anthropologie. Il est en effet susceptible d’apporter des informations métaboliques complémentaires à l’étude ostéologique, notamment sur la mobilité et l’alimentation des populations passées. Cependant, sur la trentaine d’éléments présente dans le corps humain, seuls six d’entre eux sont classiquement étudiés dans les ossements. Dès lors, les isotopes stables d’autres éléments représentent une source d’informations inexploitée. Ils pourraient effectivement contribuer aux questions cruciales que sont la diagnose sexuelle, l’estimation de la fécondité ou encore l’évaluation de l’âge au décès.Le but de ce travail de thèse est de comprendre l’origine de la variabilité isotopique du cuivre, du zinc et du fer dans le corps humain, et ainsi, d’évaluer l’apport potentiel de ces métaux de transition à l’anthropologie. Pour cela, les éléments ont été séparés par chromatographie sur résine échangeuse d’ions. Puis les rapports isotopiques ont été mesurés par spectrométrie de masse à source plasma et à multicollection (MC-ICP-MS).L’analyse du δ56Fe et δ65Cu de phalanges de squelettes du XVII-XVIIIèmes siècles provenant de Saint-Laurent de Grenoble a permis de mettre en évidence une différence isotopique entre hommes et femmes, reflet de celle observée dans le sang. Cette dissemblance isotopique est discutée à partir d’un modèle mathématique s’appuyant sur nos analyses du foie et de l’émail dentaire. Celui-ci nous a amenés à mettre en cause le rôle de la sollicitation hépatique dans la composition isotopique du sang plutôt que celui de l’absorption intestinale. L’étude du δ56Fe, δ65Cu et δ66Zn dans le sang d’une population française et d’une population yakoute a également contribué à dégager trois autres facteurs significatifs de variabilité isotopique : la ménopause, l’âge et le stress thermique.Nos résultats sont donc en faveur du développement de l’analyse des isotopes stables du Fe, Cu et Zn des restes humains en tant que vecteur potentiel d’informations sur leur âge au décès, âge à la ménopause, sexe et adaptation métabolique au froid.

First developed in geochemistry, isotopic analyses have progressively become a classical tool in anthropology since the seventies. They provide supplementary metabolic information to osteology, such as mobility or diet of past populations. However, isotopic studies only concern six elements among the thirty of the human body. Therefore, other elements could supply information on sex, age-at-death or fecundity, which still are crucial issues in anthropology.The aim of this thesis is to understand the origin of copper, iron and zinc isotopic variability in the human body, and to assess the contribution of these elements for anthropology. In order to do this, metals were purified from sample matrix by liquid chromatography on ion exchange resin and the isotope compositions were measured by multiple-collector inductively-coupled plasma mass spectrometry (MC-ICP-MS). δ56Fe and δ65Cu analyses performed on phalanx of skeletons coming from a french cementery (Saint-Laurent de Grenoble) revealed an isotopic sex difference which mirrors the one found in blood. Concerning its origin, calculations and data obtained on dental enamel support the hypothesis that the isotopic sex difference is due to a higher metal hepatic solicitation for women rather than differential intestinal absorption between men and women. Blood isotopic data from French and Yakut population also highlighted three other significant factors of variability: menopause, age, and cold stress. Our results argue for the development of Fe, Cu, and Zn stable isotope analyses in human remains as a potential vehicle for information on age-at-death, age at menopause, sex and metabolic adaptation to cold stress of past populations.