Analyse structurale de composés hétérogènes multi-phasés : application aux pigments noirs à base de carbone de l'Antiquité

Structural analysis of heterogeneous multi-phased compounds : application to carbon-based black pigments from Antiquity

• Auteur / Autrice : Pierre-Olivier Autran
• Direction : Pauline Martinetto, Catherine Dejoie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance le 27/07/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel (Grenoble, Isère, France ; 2007-....) - European synchrotron radiation facility (Grenoble, Isère, France ; 1988-....)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Gautier-Luneau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andrew King, Philippe Sciau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence de Viguerie, Gilles Wallez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composition chimique

Analyse

Noir de carbone

Antiquité

Pigments

Mots clés libres

Pigments noirs à base de carbone

Antiquité

Matériaux hétérogènes

Techniques de rayonnement X synchrotron

Carbon-Based black pigments

Antiquity

Heterogeneous materials

Synchrotron X-Ray techniques

Résumé

Les inventions de l’encre et du papyrus par les Égyptiens il y a environ 5000 ans sont profondément changé l’humanité en favorisant le développement de l’écriture et la diffusion de l’information. Les informations, partagées jusque-là par un petit groupe de personnes, ont pu être largement diffusées dans toute la Méditerranée antique jusqu’à la Grèce, à Rome et au-delà. La chimie des encres noires utilisées dans l’Antiquité a cependant été peu étudiée jusqu’à présent et notre connaissance de cette invention technologique fondamentale reste donc très incomplète et essentiellement basée sur les informations rapportées dans les textes anciens. Il est généralement admis que l’encre noire utilisée pour l’écriture est à base de carbone et ceci au moins jusqu’au 4ème-5ème siècle après JC.Dans cette thèse, nous tenterons de percer les mystères autour de la nature des pigments noirs à base de carbone utilisés dans l’Antiquité. Nous présenterons les résultats des analyses réalisées sur plusieurs poudres noires de récipients mis au jour sur les sites archéologiques de Pompéi et d’Herculanum, ainsi que sur plusieurs fragments de papyrus de la collection du Musée Champollion, appartenant à plusieurs livres funéraires. Ces échantillons archéologiques sont des matériaux très hétérogènes, avec la présence de phases non-cristallines et cristallines présentant différentes tailles de cristallites. Afin d’étudier ces échantillons, une méthodologie dédiée a été mise en œuvre dans laquelle la microscopie électronique à balayage,la spectroscopie Raman, la fluorescence X et les données de diffraction des rayons X / PDF sont combinées. Nous nous sommes également concentrés sur les études structurales basées sur des techniques impliquant les rayons X synchrotron avec le développement d’outils de traitement de données d’imagerie tomographique. L’identification des différents éléments chimiques, des phases cristallines et des phases désordonnées présentes dans les pigments à base de noir de carbone de l’Antiquité donne de nouvelles perspectives sur les procédés de fabrication développés à l’époque romaine et dans l’Égypte ancienne.

The joint inventions of ink and papyrus by the Egyptians around 5,000 years ago profoundly changed the intellectual history of mankind by promoting the advent of writing and the dissemination of information. The information, shared until then by a small group of people, was able to be widely disseminated throughout the ancient Mediterranean as far as Greece, Rome, and beyond. The chemistry of the black inks used in Antiquity has however been little studied until now and our knowledge of this fundamental technological invention, therefore, remains very incomplete and essentially based on the information reported in ancient texts. It is generally accepted that the black ink used for writing is carbon-based and this at least until the 4th-5th century AD.In this thesis, we will try to unravel the mysteries around the nature of the carbon-based black pigments used in Antiquity. We will present the results of the analysis carried out on several black powders from containers excavated from Pompei and Herculaneum archeological sites, as well as papyrus fragments from the collection of the Champollion Museum, belonging to several funeral books. These archeological samples are very heterogeneous materials, with the presence of non-crystalline and crystalline phases presenting various crystallite sizes. In order to study these samples, a dedicated methodology was implemented in which scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, X-ray fluorescence, and X-ray diffraction data/ PDF are combined. We focused on structural studies based on techniques involving synchrotron X-rays with the development of dedicated tools.The identification of the different chemical elements, crystalline phases, and disordered phases present in the black carbon-based pigments of antiquity gives new insights into the manufacturing processes developed in Roman times and ancient Egypt.