Reflets de la Physique n°63 oct/nov/déc 2019
Reflets de la Physique n°63 oct/nov/déc 2019
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°63 de oct/nov/déc 2019

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 68

  • Taille du fichier PDF : 7,6 Mo

  • Dans ce numéro : physique et matérieux anciens.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

Dans ce numéro...
< Pages précédentes
Pages : 40 - 41  |  Aller à la page   OK
Pages suivantes >
40 41
 » > et sont essentiellement des grains de quartz. Les autres sont formés lors de la cuisson par réactions chimiques, à partir principalement de la transformation et recristallisation des oxydes et hydroxydes de fer et de la déstructuration des minerais argileux. La couverte d’une sigillée est un milieu complexe dont l’étude physico-chimique permet d’obtenir des informations sur les différentes phases de fabrication (nature de l’argile utilisée, préparation de l’engobe et cuisson), mais également sur les propriétés physiques. Pour cela, il faut toutefois prendre en compte l’hétérogénéité de ces matériaux, ainsi que la variabilité de ce type de production. C’est ce que nous allons essayer de montrer à travers une étude comparative de deux grandes catégories de sigillées  : celles produites en Italie centrale (Arezzo) à la fin de la deuxième moitié du 1er siècle avant J.-C., et celles produites au 1er siècle après J.-C. dans le grand centre de La Graufesenque, au sud de la Gaule. Les analyses physico-chimiques à l’échelle microscopique S’il est relativement facile pour un céramologue de la période romaine de séparer les productions de ces deux zones d’après leur style et leur aspect, il n’en reste pas moins vrai que la couleur et la brillance de leurs couvertes sont très comparables. En revanche, la nature des défauts (fig. 3a) est toujours différente [3]. L’adhérence des couvertes italiennes est plus faible et, sur de nombreux fragments, on observe des zones écaillées. Les couvertes gauloises, quant à elles, présentent très souvent des fissures. De simples observations de coupes transverses en microscopie électronique à balayage (MEB) permettent de comprendre l’origine de ces défauts (fig. 3b). Les couvertes italiennes sont très bien vitrifiées, mais pas les pâtes. Il en résulte une zone de fragilité à l’interface couverte/pâte bien visible sur les images MEB. A contrario, la pâte des sigillées gauloises est partiellement vitrifiée. L’interface ne correspond pas à une zone de fragilité, mais les contraintes dues aux différences de coefficient de dilatation entre la pâte et la couverte peuvent entrainer, lors du refroidissement, l’apparition de fissures dans la couverte si ce refroidissement n’est pas suffisamment 40 Reflets de la Physique n°63 o o o a b c Arezzo (Italie) La Graufesenque (Gaule) Arezzo (Italie) La Graufesenque (Gaule) 3. Étude comparative de sigillées d’Arezzo et de la Graufesenque [3]. (a) Photographies des défauts des couvertes (flèches blanches). (b) Observations par MEB des coupes transverses montrant les différences de texture et les zones de fragilité (flèches rouges). (c) Observations des structures des couvertes (zones entourées de bleu dans les figures 3b) par microscopie électronique en transmission. lent. Les couvertes gauloises sont plus hétérogènes, avec des grains de quartz plus nombreux et plus gros. La décantation a été moins poussée et une part plus importante de la partie sableuse a été conservée. Cela pourrait résulter soit d’une préparation plus rapide et moins soigneuse, soit d’une volonté délibérée de réduire la fissuration. De fait, la présence de grains de quartz micrométriques diminue le coefficient de dilatation de la couverte et atténue les contraintes lors du refroidissement. Les analyses des compositions chimiques et minérales ont également mis en évidence d’intéressantes différences entre les deux groupes (tableau 1, p.39). Dans les deux cas, les pâtes ont été obtenues à partir d’argiles calcaires et les couvertes à partir d’argiles non calcaires riches en fer et en potassium. On remarquera toutefois que les couvertes gauloises ont des taux de magnésium (MgO ≤ 1% en masse) bien inférieurs à leurs homologues italiennes. Cette différence se retrouve dans la composition minérale identifiée par diffraction des rayonsX. Les phases cristallines principales des couvertes gauloises sont le quartz (SiO 2) , l’hématite (Fe 2 O 3) et le corindon (Al 2 O 3) , tandis que dans les couvertes italiennes on retrouve du quartz, de l’hématite et du spinelle (MgAl 2 O 4) en phases principales, mais aucun corindon. Le spinelle représente au moins 30% de la masse de la partie cristalline des couvertes italiennes, alors qu’il n’est qu’en très faible proportion (< 2%) dans les couvertes gauloises Des études du comportement en température de la fraction fine d’argiles illitiques naturelles de compositions proches de celles des couvertes a permis de comprendre l’origine de cette différence. Quand la teneur en MgO est supérieure
à 2-2,5% comme dans les couvertes italiennes, du spinelle commence à se former dès la fin de la décomposition de l’illite* vers 850°C. Lors de cette décomposition, les groupements (AlO 6) de l’illite réagissent avec les ions Mg 2+ pour former des cristaux de spinelle MgAl 2 O 4, et le résidu riche en groupements SiO 4 peut alors plus facilement participer à la formation de la phase vitreuse. En revanche, si le magnésium est en trop faible quantité comme dans les couvertes gauloises, la décomposition de l’illite donne naissance à un silicate d’aluminium potassique qui ne se transforme en phase vitreuse qu’au-dessus de 1000°C ; l’excès d’ions Al 3+ de la phase vitreuse entraine la formation de cristaux nanométriques de corindon. L’atmosphère oxydante favorise les ions ferriques (Fe 3+) , et les différents oxydes et hydroxydes de fer se transforment en hématite. En revanche, si l’atmosphère est réductrice (présence de fumée et des gaz de combustion), c’est la forme ferreuse (Fe 2+) qui est favorisée et entraine un noircissement de la couverte. Les analyses physico-chimiques à l’échelle nanométrique À cette échelle, une couverte gauloise est constituée d’une matrice vitreuse dense contenant principalement des cristaux d’hématite de taille submicrométrique, et des cristaux de corindon, plus petits et aux formes plus arrondies (fig. 3c de droite). Les analyses locales ont mis en évidence la présence de titane et d’aluminium dans les cristaux d’hématite, et celle de fer dans ceux de corindon [3, 4]. Les couvertes italiennes sont aussi composées d’une matrice vitreuse dense et de cristaux d’hématite, mais les cristaux de corindon sont remplacés par des cristaux de spinelle de forme parallélépipédique fortement orientés (fig. 3c de gauche). Quand la préparation argileuse est apposée sur le vase, les cristaux d’illite, en forme de plaquettes, ont tendance à se poser sur la surface à la manière de feuilles de papier jetées sur une table. Lors de la cuisson, les cristaux de spinelle se forment à partir de l’illite et conservent en grande partie l’orientation de ces derniers. Les cristaux d’hématite de ces couvertes contiennent également du titane et de l’aluminium. Ces substitutions entrainent des modifications des paramètres des mailles cristallines, qui ont été mesurés par diffraction des rayonsX. Elles ont aussi une influence sur les modes de vibration, qui ont été étudiés par spectroscopie Raman. C’est en particulier le cas de l’hématite, où les substitutions du fer par l’aluminium et le titane modifient les fréquences de vibration des modes Raman et font apparaitre, en raison de la brisure de symétrie qu’elles provoquent, un mode supplémentaire (à 680 cm -1) dont l’intensité est fortement dépendante du taux de substitution [5]. Ces deux techniques ont permis d’étudier un plus large corpus et de confirmer les substitutions systématiques mentionnées ci-dessus d’hétéro-atomes dans l’hématite et le corindon. La figure 4 montre les résultats obtenus par spectroscopie Raman pour les principaux sites de production italiens et gaulois [6]. Les productions italiennes se démarquent clairement des productions gauloises. Il est même possible de distinguer les sites gaulois entre eux [5]. C’est plus difficile pour les sites italiens, pour lesquels la dispersion est plus importante. D’après les archéologues, les centres italiens comme Arezzo étaient en réalité un groupement d’ateliers plus ou moins indépendants, appartenant chacun à une grande propriété ou villa, et réalisant chaque étape du processus d’élaboration. Les centres gaulois et, notamment, celui de la Graufesenque, avaient une organisation plus industrielle, avec au moins des cuissons collectives. La préparation des argiles pour les pâtes et les couvertes pourrait aussi avoir été collective. Il est Rapport d’intensité (680/620) 2,3 1,8 1,3 0,8 0,3 1,4 Italie Comportement macroscopique difficile d’établir des corrélations entre la composition chimique et les marques d’ateliers en Gaule, contrairement à l’Italie où il est possible de distinguer chimiquement les productions de certains ateliers d’un même centre. Valence du fer marqueur de la maitrise de la cuisson oxydante Nous avons vu plus haut que la présence de composés à base de fer divalent (Fe 2+) entraine un brunissement de la couleur de la couverte. Or, l’état de valence du fer dépend de l’atmosphère de cuisson, notamment lors de la vitrification de la couverte. Il est donc fondamental qu’elle soit suffisamment oxydante pour éviter la formation en trop grande quantité d’ions ferreux (Fe 2+) qui, une fois pris dans la matrice vitreuse, seront difficilement réoxydables. Le rapport Fe 2+/Fe 3+ est donc un bon marqueur de l’efficacité des protections des vases contre les fumées et gaz de combustion. L’étude de l’état de valence du fer et de sa répartition dans les différentes composantes d’un vase (pâte, interface, couverte) a donné d’excellents résultats pour les céramiques attiques et campaniennes, avec la mise en évidence de procédés de cuisson complexes. Concernant les sigillées, le nombre d’échantillons analysés est encore trop faible pour en tirer des conclusions définitives [6]. Il ressort toutefois de ces études que les sigillées italiennes contiennent, en cœur de couverte, une proportion plus importante de Fe 2+ que les » > Gaule du sud La Graufesenque 1,6 1,8 2 2,2 2,4 Rapport d’intensité (680/415) 4. Séparation des deux régions de production (Italie et Gaule) sur la base du spectre Raman des cristaux d’hématite. La discrimination est basée sur les rapports d’intensité entre la raie supplémentaire (à 680 cm -1) et les raies à 415 et 620 cm -1 [5]. Reflets de la Physique n°63 41



Autres parutions de ce magazine  voir tous les numéros


Liens vers cette page
Couverture seule :


Couverture avec texte parution au-dessus :


Couverture avec texte parution en dessous :


Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 1Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 2-3Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 4-5Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 6-7Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 8-9Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 10-11Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 12-13Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 14-15Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 16-17Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 18-19Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 20-21Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 22-23Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 24-25Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 26-27Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 28-29Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 30-31Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 32-33Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 34-35Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 36-37Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 38-39Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 40-41Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 42-43Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 44-45Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 46-47Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 48-49Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 50-51Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 52-53Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 54-55Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 56-57Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 58-59Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 60-61Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 62-63Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 64-65Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 66-67Reflets de la Physique numéro 63 oct/nov/déc 2019 Page 68