L’apport de l’archéologie minière
aux études de provenance des métaux

Introduction

Mener une recherche où les compétences en archéologie minière et métallurgique, en géologie et en géochimie sont réunies représente un réel atout pour les études de provenance. En effet, d’un côté, l’archéologie minière et métallurgique permet de restituer la dynamique d’exploitation au sein du district minier, d’identifier les anciens travaux, de dater l’exploitation et de placer l’étude dans son contexte historique et culturel. D’un autre côté, la géologie et la géochimie permettent de caractériser (par la minéralogie et la chimie) les phases de mise en place des minéralisations au sein du district minier. Cela s’effectue par l’identification : 

• Des paragenèses minérales du minerai exploité par les Anciens, ou non ; 
• Des minéraux spécifiques contenus dans le minerai exploité ;
• De la nature du métal qui a été produit à partir du minerai exploité via l’étude des scories. 

Les analyses chimiques élémentaires et isotopiques des minerais et des scories (ou de semi-produits) permettent ensuite, respectivement, d’attribuer une signature fine à une production minière donnée et de comprendre le ou les procédés métallurgiques ayant conduit à la fabrication du métal. 

Par conséquent, mener des études de provenance incluant des archéologues miniers permet d’accéder aux minerais réellement exploités par les Anciens, mais aussi de retrouver des produits issus de la chaîne opératoire, notamment ceux de la phase d’élaboration du métal, qui se déroulait au sein des districts miniers ou à proximité. Tous ces matériaux, que seule l’archéologie minière peut mettre en lumière, permettent, une fois que ces derniers ont été étudiés par la géologie et la géochimie, de donner une réelle plus-value aux signatures chimiques mesurées. Ces dernières seront ensuite utilisées pour de futures études de provenance. Cette approche, réellement interdisciplinaire, est conduite sur des matériaux datés par l’archéologie minière et étudiés par la géologie. L’objectif vise, à terme, l’établissement de réels référentiels pour les études de provenance. En parallèle, la compréhension du contexte géologique, géochimique et géodynamique global du district minier exploité par les Anciens renforce l’interprétation archéologique des résultats dans le sens où cela permet de réduire la variabilité de la signature de la ou des sources potentielles¹.

Outre l’opportunité d’accéder aux minerais réellement exploités par les Anciens, la grande maîtrise et l’expertise du terrain de Béatrice ont permis d’identifier les types de traces qu’ils ont laissées parmi les différents travaux d’une activité minière, mais aussi de mettre en lumière toutes les autres activités en lien avec l’exploitation ancienne (grillage, concassage, tri minéralogique, arrivée d’eau, ateliers métallurgiques, habitat, etc.). 

Au sein d’un district minier ou d’une mine, les mineurs réalisaient un choix de minerais à exploiter. Il s’agissait souvent des minerais les plus riches, et dont les veines étaient parfois visibles en surface à l’époque, ou bien des minerais dont la réduction était possible et/ou maîtrisée. Dans tous les cas, un gisement était exploité seulement partiellement. Ces choix pouvaient également dépendre des contraintes géologiques et/ou techniques. Ces dernières étaient liées au degré de connaissances des populations de l’époque ainsi qu’au contexte culturel. D’autre part, un ensemble de règles régissait les exploitations, dont l’administration a varié au fil du temps. Les droits d’exploitation pouvaient différer en fonction du statut des mines (publiques, privées, princières) et la taxation des productions devait également être prise en compte par les exploitants, sujet sur lequel les sources écrites peuvent nous renseigner. L’organisation des travaux pouvait aussi dépendre d’une mise en concession des gisements. Les enjeux politiques et économiques ont également pesé dans les stratégies d’exploitation². La fouille archéologique permet de révéler une partie des choix des mineurs anciens grâce aux traces laissées par les techniques mises en œuvre pour l’extraction des minerais. La fouille permet également de restituer la dynamique d’exploitation et de dater l’activité³. En fin de compte, les choix réalisés en fonction des raisons évoquées ci-dessus ont un impact sur la composition minéralogique et la signature isotopique des minerais exploités. Ainsi, la connaissance de la nature géologique et de la signature chimique du minerai réellement utilisé aux périodes anciennes permet d’affiner sensiblement leur caractérisation. Le cas du Limousin, qui sera présenté ici, illustre très bien cet aspect⁴.  

Un second aspect concerne la prise en compte des facteurs anthropiques tels que le choix de minerais au sein d’un district minier ou l’impact des ajouts durant la chaîne opératoire pour l’établissement de la signature d’une production minière et métallurgique. En effet, bien que la chaîne opératoire de l’or soit relativement théorique, il est tout de même admis qu’il est nécessaire d’ajouter des matériaux (tels que du plomb et/ou divers sels) au cours des opérations de métallurgie primaire pour récupérer les métaux précieux directement à partir de la gangue des minerais d’or.

Néanmoins, les matériaux issus de la chaîne opératoire de l’or, tels que des scories, des matériaux ajoutés et/ou des semi-produits, sont très rarement retrouvés lors des fouilles archéologiques. En effet, ils ont souvent été recyclés par les Anciens eux-mêmes. Par conséquent, nous ne disposons que de très rares mobiliers archéologiques qui témoignent de la métallurgie de l’or⁵. Il n’existe donc pas de donnée isotopique sur ces types de matériaux. Les retrouver serait très utile afin de réellement estimer l’impact de ces ajouts sur le traceur, mais aussi afin de comprendre la gestion locale des minerais dans une région donnée. Nous verrons, avec le cas d’étude de l’or en Dacie Romaine (Roumanie), que les travaux menés par Béatrice ont permis de mettre au jour un de ces matériaux rares de la chaîne opératoire de l’or, une litharge de coupellation (oxyde de plomb). Nous verrons également, dans le cadre de ce deuxième exemple archéologique, que cette dernière a bien servi d’ajout dans le cadre de la réduction des minerais d’or exploités par les Anciens en Dacie Romaine⁶.

Cette contribution, en hommage aux travaux de recherches menés par Béatrice, se propose de résumer ici deux exemples archéologiques de caractérisations minéralogiques, élémentaires et isotopiques opérées sur des minerais d’or exploités par les Anciens. Les résultats obtenus tentent de démontrer, à travers deux problématiques archéologiques différentes, la réelle plus-value à travailler dans des contextes contraints par l’archéologie et la géologie, et ce, à l’échelle même du district minier et/ou métallurgique. Notons qu’actuellement, les données élémentaires et isotopiques sur des minerais d’or exploités par les Anciens sont quasi inexistantes⁷ et cela pose un réel problème, aujourd’hui, pour retrouver l’origine géographique des nombreux objets en or, et ce, pour toute période historique.  

Production d’or (et d’argent) en Dacie Romaine (Roumanie)

Le territoire de l’Empire romain est à son apogée en 107 p.C., durant le règne de l’empereur Trajan (98-117 p.C.). Néanmoins, le maintien des frontières coûte cher à Rome. Dans le but de pérenniser l’étendue des territoires de l’Empire, l’acquisition des ressources minières présentes en Roumanie aurait constitué la motivation de la conquête de la Dacie. Cette dernière aura été déterminante pour l’économie romaine puisqu’environ 165 tonnes d’or et 331 tonnes d’argent, ainsi que de nombreux autres trésors inestimables, auraient été récupérées par Rome⁸. La Roumanie possède de nombreux gisements d’or dans son sous-sol. Cet or, souvent associé à de l’argent (électrum), est actuellement toujours présent en quantité importante. En effet, parmi les districts miniers des Monts Apuseni, celui de Roşia Montană est aujourd’hui le gisement en or-argent le plus riche d’Europe⁹. Durant l’époque romaine, ce vaste district hébergeait la ville d’Alburnus Maior, site très connu des archéologues et des historiens depuis les XVIII^e et XIX^e siècles puisqu’une trentaine de tablettes de bois recouvertes de cire portant des inscriptions y ont été découvertes. Elles traitent de l’administration des mines et du statut de ces dernières, illustrant ainsi toute l’importance du site¹⁰. 

Beaucoup de ces gisements roumains ont été exploités par les Anciens, notamment à l’époque romaine (II^e s. p.C.), que ce soit pour l’or ou pour l’argent (soit sous forme d’électrum, soit sous forme de plomb argentifère). Le site de Roşia Montană est l’un des rares sites miniers en Europe à avoir été fouillé de façon systématique et méthodique, et ce, sur environ quatre kilomètres de galeries romaines¹¹. 

La recherche présentée ici avait pour objectif de caractériser la signature minéralogique et isotopique de cette production d’or et d’argent d’un des plus importants districts pour or de l’époque romaine. Dans un premier temps, les études pétrographiques et minéralogiques ont permis d’identifier les différentes phases minérales (= la paragenèse) à l’échelle du gisement afin de comprendre la mise en place des minéralisations du district minier. Cela était d’autant plus nécessaire qu’il n’existait qu’une donnée isotopique, issue d’une étude géologique, pour tout le district minier de Roşia Montană¹². Quatre paragenèses ont été mises en évidence par l’étude géologique. En vue de caractériser les minerais du gisement et le minerai exploité par les Anciens, un échantillonnage systématique a été effectué en suivant les paragenèses au niveau des fronts de taille datés de l’époque romaine. Les analyses isotopiques ont permis d’identifier des différences en fonction des paragenèses mises en lumière par la minéralogie. 

Les analyses isotopiques basées sur ces matériaux appelés “géo-chrono référencés” ont permis de proposer une signature minéralogique et isotopique fine et spécifique des minerais d’or et d’argent de Roşia Montană exploités durant la période romaine⁶. Sur la base des données disponibles, cette signature est différente de celle des minéralisations en argent des Monts Apuseni (fig. 1) et se distingue des mines de plomb argentifère de Baia Mare¹³, situées au nord de la Roumanie.

Durant les fouilles conduites à Roşia Montană, un rouleau de litharge (pour rappel, il s’agit d’un oxyde de plomb) avait été découvert dans une galerie antique à proximité de la sortie au jour, suggérant ainsi la présence d’ateliers métallurgiques en surface. La litharge est produite durant l’opération de coupellation qui est une étape de la chaîne opératoire du plomb argentifère. Ce procédé permet la séparation de l’argent et du plomb par l’oxydation d’un bain métallique plombifère enrichi¹⁴. 

La présence de litharge n’atteste pas forcément du traitement du plomb argentifère sur le lieu même de sa découverte. En effet, d’autres contextes archéologiques démontrent l’usage des litharges dans la conduite de chaînes opératoires de minerais ne contenant pas suffisamment de plomb pour permettre l’extraction des métaux précieux recherchés. En Espagne, l’ajout de litharge a été démontré en début de réaction pour extraire l’argent de la gangue minérale à partir de minerais de type jarosite (minerai de sulfate hydraté de fer et de potassium riche en argent)¹⁵. De même, au Portugal, des minerais à or-argent (constitués de sulfures complexes ne présentant que très peu de plomb), exploités également durant l’époque romaine, ont nécessité l’ajout de plomb. Ceci a été révélé par des analyses archéométriques conduites sur des scories antiques¹⁶.

Le cas des minerais d’or de Roşia Montană, exploités par les Anciens, est similaire aux exemples évoqués ci-dessus : ils ne contiennent pas suffisamment de plomb pour permettre l’extraction des métaux précieux directement à partir de la gangue du minerai (fig. 2). La teneur en plomb est inférieure à 0,05 % en masse dans tous les minerais étudiés. Pour extraire l’or et l’argent de la gangue du minerai, il est donc nécessaire d’ajouter du plomb dès le début de l’étape de réduction du minerai. Ainsi, l’or et l’argent migrent vers le plomb, qui est alors enrichi¹⁷. Ce dernier passe ensuite à la coupellation où l’alliage d’or et d’argent (libéré de sa gangue minérale) est séparé du plomb. L’alliage passe ensuite à l’étape de cémentation où sels et/ou adjuvants sont ajoutés pour séparer l’or de l’argent. Les scories, riches en argent, sont une nouvelle fois coupellées, par un dernier ajout de plomb afin de récupérer l’argent. 

La signature isotopique de la litharge provenant de Roşia Montană est sensiblement différente de celle des minerais en or-argent de ce secteur (fig. 1). Elle l’est également de celle des minerais de plomb argentifères provenant du district de Baia Mare, situé au nord de la Roumanie (non étudié par les archéologues). La signature de la litharge semble, en revanche, plus proche de celle des minerais de plomb argentifères localisés dans le sud des Monts Apuseni (fig. 3), le gisement de Vorța (amas sulfurés riches en plomb et en galènes). Une commercialisation ou un acheminement de plomb, à échelle locale, vers le site minier de Roşia Montană  est donc tout à fait envisageable à la lumière de ces résultats. Le contexte de découverte de cette litharge nous autorise à penser qu’il s’agissait probablement d’un ajout de plomb en tout début de chaîne opératoire. 

Par conséquent, cette différence isotopique mesurée entre la signature de la litharge et celle des minerais en or-argent de Roşia Montană corrobore une importation de plomb tout en laissant suggérer une gestion territoriale des ressources par les Anciens, à l’échelle locale ou supra-régionale. Des exemples en Espagne, pour les périodes phéniciennes et romaines, démontrent la commercialisation du plomb qui sera utilisé comme ajout lors de la récupération de l’argent contenu dans des minerais ne possédant pas de plomb¹⁸. Ces études ont démontré que le plomb provenait d’autres secteurs miniers de galènes (argentifères ou non), plus ou moins éloignés, et qui étaient également exploités. Cette commercialisation du plomb se faisait à l’échelle locale et/ou supra régionale, mais aussi à l’échelle du bassin méditerranéen. En effet, une des épaves romaines retrouvées au large de Marseille (épave 3 de Planier) contenait, entre autres, des litharges de coupellation dans sa cargaison¹⁹. 

L’ajout de plomb provoque ainsi un écart entre la signature des minerais sources et des objets produits à partir de ces mêmes minerais. Un objet en or ou en argent, qui aurait été fabriqué à partir des minerais du site de Roşia Montană, n’aura donc pas la signature isotopique du plomb des minerais à l’origine de son élaboration, mais celle du plomb qui aura été ajouté. Pour le cas présent, l’écart est faible et la signature de la production minière en or a été déterminée de façon précise. Néanmoins, cet écart est à prendre en compte pour de futures études de provenance, notamment celles menées à des échelles locales ou régionales.

Production d’or dans le Limousin durant la période celtique (France)

Le territoire des Lémovices (peuple celte du Limousin, bordure ouest du Massif central français) a été le lieu d’importantes activités d’exploitation de l’or durant l’âge du Fer (fig. 4). Des fouilles archéologiques y ont été conduites, sous la direction de Béatrice Cauuet, durant plusieurs années³ et les résultats démontrent, sans équivoque, la très grande maîtrise des Gaulois dans l’exploitation des ressources minières. Cette dernière était adaptée à la géométrie des filons (fig. 4), mais aussi à la teneur en or associée. Au minimum, plus de 74 tonnes d’or auraient été produites entre le VI^e et le III^e s. a.C.¹¹

Les Lémovices ont donc exploité beaucoup d’or sur leur territoire, mais les archéologues, en l’état actuel des recherches, ne connaissent pas d’objets et les séries monétaires en or attribuées à ce peuple et/ou à son territoire sont peu nombreuses (citons néanmoins la série à la grue dont le volume reste non négligeable). Aussi, l’usage de l’or par les Lémovices n’est pas connu par les sources écrites. Par contre, leurs voisins, les Arvernes – dont le territoire actuel correspond à l’Auvergne – battaient leur propre monnaie d’or. L’origine de cet or reste inconnue aujourd’hui. En Charente, la spectaculaire découverte d’un casque orné d’or (le casque d’Agris, daté du IV^e s. a.C.) alimente également le débat de l’origine de l’or utilisé pour sa fabrication. D’après les études typologiques et stylistiques conduites sur ce dernier, il apparaît que les techniques mises en œuvre pour sa fabrication auraient des influences de type balkanique, de populations étrusques et grecques, donc bien au-delà de son lieu de découverte²⁰. La proximité entre le territoire minier des Lémovices, le territoire des Arvernes et le lieu de découverte du casque d’Agris renforce la question du débouché commercial de cette importante production d’or. Pour le cas d’une relation entre les minerais d’or lémovices et l’or monnayé arverne, l’hypothèse n’est pas nouvelle²¹. La rareté d’objets en or attribuables aux Lémovices laisse suggérer que l’or n’est pas resté dans cette région, mais qu’il devait être intégré dans un circuit commercial supra-régional ou de longue distance²². 

Pour aborder ces questions, nous avons mené une recherche dont la première étape consista à caractériser finement et précisément ces minerais d’or exploités par les Lémovices. Les aspects méthodologiques de cette caractérisation ont été centraux pour démontrer tout l’intérêt de travailler sur des sites miniers documentés en amont par l’archéologie. L’échantillonnage était ainsi constitué de deux types de minerais : celui qui a été effectivement exploité par les Anciens et celui qui a été exploité par la société COGEMA. La caractérisation pétrographique et minéralogique détaillée de la paragenèse minérale des minerais exploités par les Anciens et par les Modernes (fig. 5) ainsi que les analyses isotopiques du plomb ont été menées sur les mêmes spécimens. 

Une dichotomie dans les âges des minéralisations entre minerais exploités par les Gaulois et minerais exploités par les Modernes a été mise en évidence de manière claire. En effet, les minéralisations exploitées par les Gaulois sont d’âge cambro-ordovicien (le rapport ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb étant compris entre 18,00 et 18,20) tandis que les minéralisations exploitées par les Modernes sont clairement d’âge hercynien (²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb > 18,50). Ainsi, les données se répartissent en deux groupes parfaitement distincts : la phase #1 et la phase #2 (fig. 6). 

Les données isotopiques du plomb sont en lien avec les données minéralogiques. En effet, là où l’isotopie du plomb met en lumière deux types de signatures, les données minéralogiques traduisent deux types d’or avec, pour chacun, une paragenèse caractéristique. Ces données minéralogiques et isotopiques concordent avec les analyses multi-élémentaires conduites sur les mêmes spécimens. Les Anciens ont exploité le minerai le plus riche en or tandis que les Modernes ont majoritairement exploité un minerai moins riche (mais relativement riche au regard des seuils d’exploitation des époques modernes). Les minerais exploités par les Modernes, comparativement aux minerais exploités par les Gaulois, sont enrichis en aluminium, sodium, potassium, terres rares, ytterbium, zirconium, hafnium, thorium, galium et néodyme et appauvris en plomb, zinc, argent, bismuth et or. 

Outre la proposition d’une signature isotopique du plomb fine et précise de la production gauloise, les résultats isotopiques de cette étude ont mis en lumière l’existence de minéralisations locales plus anciennes qui ne s’intègrent pas au modèle classique hercynien²³. 

Cette étude démontre qu’un échantillonnage effectué en tenant compte des données archéologiques, mais aussi couplé à la géologie permet de réduire sensiblement la signature isotopique du plomb d’une production minière ancienne. 

Conclusion

Les deux exemples archéologiques choisis ici présentent une stratégie de recherche qui, dans sa démarche et sa réflexion, se positionne inversement, en quelque sorte, de la plupart des études menées sur les provenances. En effet, ces dernières se focalisent encore trop essentiellement sur la caractérisation des objets ou semi-produits en les comparant ensuite à des bases de données de minerais déjà disponibles. Ainsi, ces mêmes bases de données restent très peu renouvelées et leurs signatures isotopiques sont par ailleurs assez imprécises, car il ne s’agit pas, entre autres, des minerais exploités par les Anciens. 

Nous venons de voir la nécessité de porter une attention soutenue à la représentativité des minerais étudiés : d’une part, au regard de leur contexte de découverte durant la fouille et d’autre part, vis-à-vis de leur histoire géologique au sein du district minier. Les minerais retrouvés en contexte de fouilles, que l’on peut qualifier “d’archéologiques”, sont aussi et d’abord des matériaux géologiques résultants de conditions génétiques plus ou moins complexes. Ces minerais, tel qu’ils ont été étudiés ici, constituent de réels référentiels archéologiques. La compréhension de leurs signatures géologique et isotopique en lien avec leur contexte archéologique constitue une réelle plus-value pour la résolution de futures études de provenance. 

Durant toute sa carrière, les travaux menés par Béatrice en archéologie minière auront permis, entre autres, de renforcer, de manière significative, les études de provenance, mais aussi d’attribuer une réelle dimension archéologique et historique à des matériaux encore trop peu étudiés aujourd’hui et qui, pourtant, constituent un point focal pour mener une étude de provenance réellement pertinente.

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Notes

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2. Bailly-Maître 2002 ; Hirt 2010.
3. Cauuet 2004.
4. Baron et al. 2019.
5. Ramage & Craddock 2000 ; Cauuet 2004 ; Cauuet et al. 2018.
6. Baron et al. 2011.
7. Baron et al. 2011 ; Baron et al. 2019.
8. Carcopino 1924.
9. Manske et al. 2006.
10. Hirt 2010.
11. Cauuet & Tamaş 2012.
12. Marcoux et al. 2002.
13. Cook & Chiaradia 1997.
14. Conophagos 1980.
15. Anguilano et al. 2010.
16. Bachmann 1999.
17. Ramage & Craddock 2000.
18. Renzi et al. 2009 ; Anguilano et al. 2010.
19. Tchernia 1969.
20. Gomez de Soto & Verger 2010.
21. Boudet et al. 1999 ; Nieto-Pelletier 2013.
22. Cauuet 1999.
23. Touray et al. 1989 ; Bouchot et al. 1997 ; Marignac & Cuney 1999.