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Accueil du site > Thèmes de recherche > Fabrication et diffusion des produits de l’industrie verrière

Analyser le verre : comment, pourquoi ?

Les techniques d’analyse élémentaire, qui permettent d’accéder à la composition du matériau, sont, de loin, les plus employées pour ce genre de recherche. Selon les caractéristiques et les performances des méthodes d’analyse mises en œuvre, l’étude de laboratoire permet d’accéder à la composition :

- en éléments majeurs (les constituants principaux du verre, dont les teneurs sont comprises entre la fraction de pour cent et de la dizaine de pour cent). Ces éléments définissent la famille chimique à laquelle appartient le verre et dépendent des recettes et des techniques de fabrication. Parmi eux, certains ont été introduits délibérément par le verrier (silice, fondants, colorants, décolorants et opacifiants), tandis que d’autres l’ont été involontairement, comme impuretés des différents ingrédients. Les informations recueillies permettent d’identifier la nature des matières premières utilisées par le verrier et éventuellement les traitements (purification, concentration, grillage ...) qu’elles ont subis.

- en éléments mineurs et traces (on peut dire pour simplifier que ce sont les impuretés présentes dans le matériau ; leurs teneurs vont de la partie par million à la fraction de pour cent). Ces éléments permettent parfois d’identifier l’origine de l’un des ingrédients employés. Il peuvent être utilisés pour retrouver la nature, voire l’origine des agents colorants et opacifiants utilisés par les verriers.

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Si c’est grâce à la présence de ces impuretés, véritables traceurs de la fabrication du verre et donc de sa diffusion, que l’on peut espérer apporter des éléments de réponses aux questions posées, il faut cependant être très prudent dans l’interprétation des données. En effet, certaines impuretés peuvent être introduites lors de la fusion du verre, par échanges entre le creuset et la matière fondue, ou avec les cendres volantes du combustible. Ce travail, relativement difficile en raison de la multiplicité des apports possibles d’un même élément trace, est rendu encore plus complexe par l’ajout possible de verre broyé en tant que matière première (groisil, calcin).

La microsonde électronique et la microscopie électronique à balayage couplée à la spectrométrie d’émission de rayons X sont aujourd’hui les techniques les plus fréquemment employées pour l’analyse des objets en verre Elles présentent l’avantage de rassembler en un seul appareillage une technique d’analyse multi-élémentaire et une technique d’imagerie. Elles sont aussi très utiles pour étudier les différents types de corrosion qui affectent les objets en verre. Leurs faibles sensibilités pour les éléments mineurs et traces, ainsi que la nécessité de travailler sur des échantillons dont la surface a été préalablement polie et métallisée, sont leurs principaux inconvénients. La spectrométrie de fluorescence X seule, qui possède une plus grande sensibilité pour les éléments mineurs et traces, due à un mode d’excitation différent des atomes, est aussi utilisée. Elle implique souvent, elle aussi, une destruction partielle de l’objet.

Les autres techniques d’analyse multi-élémentaires utilisées sont principalement des méthodes spectrométriques d’émission atomique et de spectrométrie de masse, couplées à des plasmas induits. Ces méthodes présentent l’avantage d’une plus grande sensibilité pour les éléments mineurs et traces, mais ont l’inconvénient de nécessiter la mise en solution d’une partie de l’objet. Un mode d’introduction des échantillons, développé au début des années 1990, permet cependant, grâce à un laser, de procéder à des micro-analyses des objets en verre par spectrométrie de masse couplée à un plasma induit. Le laser effectue des micro-prélèvements invisibles à l’œil nu (diamètre inférieur à 0,1 mm) ce qui rend l’analyse non destructive. Cette méthode présente presque les mêmes avantages de résolution spatiale que la microscopie électronique à balayage, mais est beaucoup plus sensible et ne nécessite pas une préparation préalable de l’objet archéologique en verre.

L’ensemble des études effectuées à ce jour a permis de construire un modèle qui met en relation compositions, aires de production, typologies et chronologies. On a ainsi pu retracer l’histoire de l’industrie verrière, ainsi que l’émergence dans le temps et dans l’espace de ses principales innovations techniques. Une chronologie de l’utilisation des matières premières (fondants, colorants, décolorants et opacifiants), prenant en compte l’origine géographique des objets, a aussi été établie.

Pour les périodes les plus anciennes, il est ainsi possible de distinguer les verres de différentes provenances et d’étudier la diffusion des objets de parure en verre à partir de leur centre de fabrication. La composition chimique devient ainsi l’un des moyens que l’on peut utiliser pour identifier l’origine géographique d’un objet, ou pour replacer chronologiquement ce dernier par rapport à l’ensemble des trouvailles effectuées sur un site. Il n’existe pas, en effet, à ce jour, de méthode absolue de datation des objets en verre. On peut seulement, à partir de leurs compositions et de leurs typologies, les replacer dans une chronologie relative.

D’autres techniques d’analyse plus spécifiques sont parfois utilisées pour la caractérisation des objets en verre. Parmi ces dernières, l’analyse isotopique est probablement l’une des plus importantes. Cette technique est basée sur le fait que la composition isotopique de certains éléments peut varier. Elle peut ainsi servir de marqueur de provenance géographique (comme dans le cas des isotopes du plomb ou de l’oxygène), ou de mode de formation, comme dans le cas des isotopes du strontium. La composition isotopique du strontium, élément trace qui accompagne le calcium (élément principal du calcaire, de certaines cendres de plantes et des coquilles de mollusques), varie selon son origine. Il est ainsi possible de savoir si le calcium présent dans un verre a une origine sédimentaire (sables contenant du calcaire) ou biologique (sables coquilliers du littoral par exemple).

Cet inventaire rapide des méthodes utilisées pour la caractérisation du verre serait incomplet si l’on ne citait pas d’autres méthodes comme la résonance paramagnétique électronique, utilisée pour mesurer l’état d’oxydation de certains éléments tel le fer. On peut ainsi, dans certains cas, étudier le caractère oxydo-réducteur des fours de verriers. La diffraction X, permet, elle, de caractériser les phases cristallines utilisées comme agents opacifiants du verre. Les analyses thermiques sont employées pour étudier les changements d’états de la matière, et ainsi identifier les plages de température nécessaires pour fabriquer et mettre en œuvre tel ou tel type de verre.

On ne saurait non plus faire l’impasse sur l’archéologie expérimentale, qui permet de recréer et de modéliser, avec des moyens modernes ou avec des techniques anciennes, les procédés de fabrication et de mise en œuvre des différents types de verre.

En guise de conclusion, il faut rappeler que les analyses ne se justifient que si elles apportent une contribution réelle à la compréhension de l’histoire du verre ou d’un site, et qu’elles doivent être entreprises conjointement par les archéologues, les historiens, les chimistes et les physiciens.