Analyse élémentaire

Détermination de la composition chimique d'alliages à base de cuivre Détermination de la composition chimique de deux dépôts contemporains

	Spectromètre ICP-AES. © C2RMF

La prise en compte de l'ensemble de ces données est nécessaire pour répondre aux grandes questions posées par l'archéométallurgie :

• évaluer le niveau technique métallurgique et son évolution : maîtrise des alliages pour les adapter à la fonction de l'objet (arme, parure, vaisselle, etc.), et maîtrise de la teneur en impuretés pour répondre aux exigences de la mise en forme (feuilles métalliques martelées, fontes),
• reconstituer les circuits d'échange du cuivre et leur évolution.

Parmi les techniques d'analyse capables de mesurer les éléments majeurs et en traces, la spectrométrie d'émission atomique est particulièrement bien adaptée à l'analyse des objets anciens à base de cuivre. Le C2RMF est équipé d'un tel spectromètre dont la source est constituée par un plasma d'argon produit par couplage inductif (ICP-AES). Elle s'effectue sur des solutions ce qui impose le prélèvement d'un échantillon qu'il faudra dissoudre : dix milligrammes de copeaux métalliques sont recueillis par un forage de un millimètre de diamètre dans l'objet à analyser. Le métal est mis en solution par attaque à l'eau régale (mélange d'acides nitrique et chlorhydrique concentrés). La solution obtenue est ensuite pulvérisée au sein même du plasma d'argon dont la température avoisine 7000° C ! Cette température très élevée dissocie tout d'abord la matière en atomes et ions libres et excite ensuite ces derniers.  Leur retour à un état stable s'accompagne d'une émission de photons dans l'ultraviolet et le visible. La détection et le comptage de ces photons par un système approprié conduisent à une quantification, en comparant le signal mesuré pour un échantillon à celui obtenu pour des solutions de composition connue. L'ensemble de la procédure analytique est validée par des tests sur des matériaux de référence certifiés.

Cette technique nécessite donc un petit prélèvement, qui sera consommé pour l'analyse. Ceci étant, les alliages cuivreux archéologiques sont pratiquement toujours corrodés en surface, ce qui empêche l'utilisation des méthodes d'analyse sans prélèvement comme le PIXE qui sondent une profondeur très limitée (inférieure au dixième de millimètre pour le cuivre). Le prélèvement est ainsi quasiment inévitable, l'ICP-AES devient alors l'outil idéal pour ces analyses : elle est très précise, elle dose simultanément un grand nombre d'éléments chimiques avec une très bonne sensibilité et enfin elle est conçue pour les séries importantes d'échantillons.

La détermination de la composition chimique élémentaire des objets de deux dépôts contemporains (Bronze Final IIIB) est un exemple caractéristique des applications analytiques réalisées au C2RMF.

Bourgarit, D., Mille, B., Borel, T., Baptiste, P. et Zéphir, T., in press - A Millennium of Khmer Bronze Metallurgy : A Technical Study of Seventy-five Bronze Artefacts from the Musee Guimet and the Phnom Penh National Museum, 50th Anniversary Symposium on Scientific Research in the Field of Asian Art, Freer Gallery, 27-29 sep. 2001, Washington

 Mille, B. et Bourgarit, D., 2000 - l'analyse des alliages anciens à base de cuivre : état des connaissances et développement d'un protocole d'analyse par ICP-AES, Revue d'archéométrie, 24, pp. 13-26

Mille, B. et Bourgarit, D., à paraître - Composition élémentaire des bronzes de la tombe de Vix, in La tombe de Vix, ouvrage collectif (C. Rolley dir.), Picard

 Pernicka, 1999 - Trace Element Fingerprinting of Ancient Copper : A Guide to Technology or Provenance ?, in Metals in Antiquity, éds. Young S.M.M., Pollard P.A.M., Budd P., Ixer R.A., BAR international series 792, Oxford : Archaeopress, 163-171

 Trassy C., Mermet J.M., 1984 - Les applications analytiques des plasmas HF. Lavoisier, Paris

ICP-AES (inductive coupled plasma - atomic emission spectroscopy) : spectrométrie d'émission atomique utilisant une source à plasma d'argon généré par couplage inductif. Méthode d'analyse élémentaire, c'est-à-dire permettant de mesurer les teneurs en cuivre, plomb, étain, arsenic, nickel, etc., mais qui ne renseigne pas sur la forme chimique sous laquelle se trouvent ces éléments dans l'échantillon.