1L’archéométrie, c’est-à-dire l’ensemble des sciences appliquées à l’étude des matériaux archéologiques, se développe largement depuis une trentaine d’années. L’objectif de cette discipline est double : la datation du matériau et sa caractérisation. Dans le cas des enduits, la datation par le radiocarbone (C14) ou bien par la thermoluminescence (TL) présente de nombreuses difficultés1. La caractérisation, en revanche, montre des performances intéressantes, tant du point de vue de l’identification des pigments employés dans les couches picturales de surface que pour la composition du support, c’est-à-dire l’enduit (Pigments et colorants, 1990). Le recours aux techniques d’analyses permet notamment de connaître les composants du mortier, à savoir la nature de la charge (le sable en général) et celle du liant (chaux ou bien plâtre). La caractérisation apporte en outre des indications d’ordre technologique sur la préparation et la mise en œuvre des enduits par le maçon.

2L’étude des enduits peints gallo-romains du site de Vaulabelle à Auxerre entre dans le cadre d’une étude comparée des enduits et des mortiers d’époque antique et médiévale, au sein d’un même périmètre urbain. La caractérisation d’échantillons datés entre le I^er et le XIV^e siècle a permis d’apprécier l’évolution des techniques et des matières premières employées à la fabrication des enduits entre l’Antiquité et le Moyen Âge, à Auxerre. Par ailleurs, la caractérisation de ces échantillons a participé à l’expérimentation d’une procédure d’analyse spécifique proposée pour ces matériaux (PALAZZO-BERTHOLON, 1990).

3L’étude de fragments d’enduits peints a été réalisée à partir d’échantillons trouvés en fouille sur le site gallo-romain du boulevard Vaulabelle à Auxerre (fig. 1, n° 3). L’intervention archéologique s’est déroulée d’août 1991 à avril 1992, sous la responsabilité d’Annie Bolle, dans le cadre d’un projet immobilier comprenant un parking et des logements locatifs. Cette opération a permis de mettre au jour un quartier d’habitation gallo-romain et en particulier une domus, dont l’occupation est datée entre le I^er et le III^e siècle de notre ère. Les pièces d’habitation étaient ornées de peintures, dont de nombreux fragments ont été trouvés au cours des fouilles dans les caves, suite à l’effondrement des murs dans les niveaux inférieurs. L’état de conservation des peintures était médiocre pour la plupart et certaines zones avaient subi un incendie aggravant l’état des enduits peints.

4Nous sommes intervenus sur ces enduits peints afin de les caractériser, c’est-à-dire de réaliser l’analyse physicochimique des composants et d’étudier les techniques de fabrication. Notre recherche a porté principalement sur la pièce d’habitation n° 49 du site (fig. 2), dont une reconstitution, associée à la restauration, a été réalisée par le Centre d’Étude des Peintures Murales Romaines (CEPMR) de Soissons afin d’être présentée au Musée d’Auxerre2.

5Après avoir présenté rapidement la méthode d’étude et les techniques employées, nous exposerons les résultats d’analyse en proposant une mise en rapport avec le traité d’architecture de Vitruve. Le chapitre VII du De l’architecture renferme, en effet, les meilleures informations disponibles à ce jour sur la préparation des enduits de toutes sortes, telles qu’elles étaient préconisées dans l’Antiquité. Par la comparaison des résultats d’analyse avec les textes de référence pour l’époque, nous avons voulu apprécier la correspondance entre le texte romain et la réalité archéologique de la Gaule appartenant toutefois à l’Empire (BÉARAT, 1997).

6Nous comparerons enfin les résultats obtenus sur la maison gallo-romaine avec les données recueillies sur deux autres sites d’Auxerre : les cryptes de la cathédrale Saint-Étienne et de l’église abbatiale Saint-Germain, pour une époque plus tardive, comprise entre le IX^e et le XIV^e siècle3. Cette confrontation nous permettra d’apprécier l’évolution des techniques et des matières premières employées pour la fabrication des enduits à Auxerre entre l’époque gallo-romaine et l’époque gothique.

Méthodologie

7La méthodologie mise en œuvre pour l’étude des fragments d’enduit répond à la procédure conçue spécialement pour ces matériaux et appliquée à un grand nombre d’échantillons archéologiques, en trois étapes successives (PALAZZO-BERTHOLON, 1990).

8L’étude macroscopique des fragments constitue la première approche des matériaux, afin de distinguer les couches à partir de leur épaisseur, de leur couleur et de leurs composants visibles à l’oeil nu. On apprécie l’état de conservation, les composants les plus remarquables, comme quelques indices techniques. Pour ce faire, l’œil demeure le meilleur outil, en reproduisant les conditions dans lesquelles l’ouvrier a réalisé son travail ; il est aidé ponctuellement d’une loupe, d’une règle graduée et d’une palette de couleurs de références. Les critères observés sont regroupés sur une fiche signalétique alimentant une base de données informatique.

9Suite à l’examen macroscopique, intervient l’étude de la structure et des minéraux composant la pâte, à l’échelle microscopique. Cette étape comprend l’identification des sables et des autres agrégats possibles (tuileau, charbon de bois, coquilles, etc.), ainsi que l’inventaire des indices techniques (écrasement des grains près de la surface, répartition de la granulométrie des sables dans l’épaisseur de la couche, fissures de la pâte et des grains de liant, etc.).

10Afin d’étudier l’échantillon à cette échelle, il est préparé en section polie et en lame mince. Les sections polies permettent d’observer une coupe du matériau, dans des conditions identiques et reproductibles d’un fragment à l’autre. Ainsi, les observations effectuées sont comparables d’un enduit à l’autre. L’agrégat peut ainsi être identifié à l’aide d’une loupe binoculaire, mais la réalisation de lames minces s’est avérée plus performante pour caractériser précisément les minéraux des sables.

11Les lames minces sont étudiées sous microscope optique, en lumière naturelle puis polarisée et les résultats sont enregistrés sur une fiche signalétique complète, entrée ensuite dans une base de données au même titre que les observations macroscopiques (PALAZZO-BERTHOLON, 1990).

12Le liant est composé d’une matrice trop fine pour être identifié sous microscope optique. Aussi a t-on recours au Microscope Électronique à Balayage (MEB) associé à une sonde de Castaing pour la caractérisation de la fraction fine, correspondant en majeure partie au liant employé dans l’enduit. Cette technique présente l’avantage d’être non destructive et applicable sur de petits échantillons (moins de 1 cm²). L’analyse ponctuelle, dont le spectre d’émission de rayons X est analysé par ordinateur, fournit une composition élémentaire semi-quantitative. Cette analyse permet de connaître le liant employé dans l’enduit et de comparer les résultats obtenus entre plusieurs échantillons de sites ou bien d’époques différentes.

Les résultats

L’étude macroscopique

13Après avoir trié les fragments selon la stratigraphie des enduits, nous avons réalisé un échantillonnage représentatif des pâtes parmi les fragments qui ne présentaient pas d’intérêt iconographique particulier.

14La pièce 49 comprenait deux décors différents, dont la stratigraphie varie sensiblement. L’étude des fragments bruts a été rapide, car les stratigraphies étaient homogènes. Le premier décor est composé de deux couches d’enduit, recevant une finition de quelques millimètres d’épaisseur, avec des traces de pigment en surface, et le second décor est composé également de deux couches d’enduit, dont la seconde reçoit une couche picturale mieux conservée (fig. 3).

L’étude des sections polies

15Les échantillons correspondant aux deux stratigraphies de décor de la pièce 49, soit six fragments au total, ont été préparés en sections polies.

16Celles-ci font apparaître en premier lieu les différentes couleurs des couches, dues à l’exposition variable aux flammes de l’incendie et, par conséquent, de la réaction différente des composants de chaque couche à la chaleur dégagée par le feu. La préparation identique des fragments dans une même résine incolore, coupée puis polie, permet de comparer les échantillons dans des conditions identiques et reproductibles. Nous avons constaté par ce moyen que le mortier d’accrochage (de couleur sombre et de nature différente des enduits appliqués par-dessus) était le même pour les deux décors.

17La caractérisation de la charge peut se faire à partir de l’observation, à la loupe binoculaire, des sections polies. Cependant, l’expérience a montré que la caractérisation des minéraux était plus fiable à partir des lames minces.

Les lames minces

18Aussi, les mêmes échantillons ont été préparés en lames minces et étudiés au microscope optique en lumière naturelle et polarisée.

Le mortier d’accrochage

19Le mortier d’accrochage, de couleur sombre, est séparé du premier enduit appliqué par une fine couche noire de combustion, due à l’incendie. Cette couche préparatoire montre, par ailleurs, une réaction particulière à l’incendie : sa structure feuilletée témoigne d’une composition riche en terre argileuse, qui a été cuite par les flammes.

Le premier décor

20La charge contenue dans les enduits du premier décor est la même dans les deux couches superposées : sa granulométrie est comprise entre 0,2 et 4 mm. Les plus gros des grains sont de nature calcaire tandis que les grains plus petits sont de nature siliceuse, représentés principalement par des quartz et des feldspaths.

21Seule la couche de finition ne contient pas de ce sable. Cette couche grise, de quelques millimètres d’épaisseur en surface, est composée d’une matrice uniforme associée à de multiples petits grains de calcite et quelques grains bleus dispersés dans l’épaisseur (fig. 4). Cette finition de surface est en réalité une finition de faux marbre, c’est-à-dire un mélange de chaux et de calcite, réduite en poudre (fig. 5). Bien que la chaux ne soit pas identifiable au microscope optique, la calcite, en revanche, est composée de petits grains caractéristiques, visibles en lame mince.

22Nous avons confronté la caractérisation de cette couche de surface avec les recettes indiquées dans le traité d’architecture de Vitruve. Ainsi, l’architecte romain indique au chapitre III de son septième livre : « Lorsque, en plus du gobetis, on aura façonné au moins trois couches de mortier de sable, alors il faut dresser des cueillies au mortier de marbre concassé, en prenant soin de le composer de telle façon que, lorsqu ’on le malaxe, il ne colle pas à la pelle, mais que le fer sorte propre de l’auge. Quand on en aura étendu une couche épaisse et qu’elle commencera à sécher, on en appliquera une deuxième d’épaisseur moyenne ; lorsque celle-ci aura été bien dressée et talochée, on en étendra une autre plus fine. »4

23Selon l’observation des lames minces, il semblerait en effet que l’on ait respecté la recette donnée dans De l’architecture, car la granulométrie des grains de calcite paraît plus grossière près de l’enduit de support et plus fine près de la surface.

24Les petits grains bleus noyés dans la masse sont des grains de pigment (fig. 6). Leur nombre réduit ne témoigne pas d’une coloration de la finition de faux marbre, mais plutôt d’une pollution intervenue au moment de la préparation ou bien de l’application de l’enduit sur le mur. Nous avons trouvé en effet les mêmes grains de pigment à la surface du faux marbre, mélangés à d’autres grains de pigment.

Le second décor

25Certains fragments provenant du second décor ont fortement brûlé et la distinction des couches en est accentuée. Le mortier d’accrochage présente la même structure feuilletée que celle étudiée sous le premier décor, composé également de terre argileuse et de petits grains de quartz et le sable utilisé dans les enduits est de même nature que celui du premier décor.

26L’étude de la structure et de la charge des deux stratigraphies montre que le même sable a été utilisé pour tous les enduits. La finition de faux marbre du premier décor et le mortier d’accrochage (identique pour les deux décors) ne contiennent pas, en revanche, cet agrégat.

27Les couches d’enduit présentent toutefois des différences de composition, bien qu’elles contiennent le même sable. Les variations de couleur des couches d’enduit brûlées montrent que la composition chimique change et l’analyse élémentaire nous a permis de le préciser.

La caractérisation de la fraction fine

28Nous avons réalisé en effet une série d’analyses à la microsonde couplée au MEB, afin de caractériser la fraction fine du matériau, composée principalement par le liant. Après avoir sélectionné sur l’écran une plage d’enduit sans grain de sable apparent, nous avons réalisé plusieurs analyses chimiques pour chacune des couches des deux décors. La composition chimique est réduite à trois composants principaux : le calcium et le soufre, éléments pilotes des carbonates et des sulfates, puis la silice et les autres impuretés (Al + Fe + K).

Le mortier d’accrochage

29Le mortier d’accrochage présente la composition la plus riche en impuretés silico-argileuses et la plus pauvre en calcium. Ces indications confirment les observations faites à partir des sections polies et des lames minces : ce mortier d’accrochage est un genre de torchis, fabriqué à partir d’un mélange d’argile et de paille, comme en témoignent les résidus noirs de combustion. Mais la calcination n’a laissé que quelques négatifs de ces fibres végétales. Les petits grains de quartz observés sur les lames minces sont associés aux argiles à l’état naturel et la forte teneur en fer de la composition chimique montre qu’il s’agit d’argiles ferrugineuses. Les gisements d’argiles ocreuses sont abondants autour d’Auxerre et dans la Puisaye en général. Bien qu’il ne s’agisse pas strictement d’ocre, la terre argileuse riche en fer est caractéristique de la géologie locale, de même que la présence de petits grains de quartz associés à ces argiles. On connaît actuellement un gisement de cette nature (argile + petits quartz associés) à quelques kilomètres au nord d’Auxerre. Bien que la matière première employée à Vaulabelle ne provienne pas directement de ce gisement, dont la concentration en quartz est plus importante, on reconnaît cependant les caractéristiques de la géologie locale (fig. 7).

Le premier décor

30La stratigraphie du premier décor montre la composition chimique suivante : le premier enduit appliqué sur le mortier d’accrochage est le plus riche en impuretés. Le deuxième enduit et la couche de finition grise, en revanche, contiennent très peu de ces impuretés. En fait, le premier enduit a été préparé avec une quantité de chaux réduite, tandis que le deuxième enduit et la finition en faux marbre contiennent une part de chaux plus importante5. La fraction fine de ces couches de surface contiennent moins de 2 % d’impuretés.

31Nous avons consulté à nouveau les indications de Vitruve à propos de la chaux employée pour les enduits. Il préconise une chaux « détrempée à fond » et indique que « ...si le rabot rencontre des nodules, c’est que la chaux ne sera pas à point ; si le fer sort sec et propre, cela indiquera qu ’elle est amorphe et desséchée ; mais si elle est pâteuse et bien détrempée, elle adhérera à cet outil de fer comme de la glu et prouvera à tous égards qu’elle est à point. ». Cette prescription correspond bien à ce que l’on nomme aujourd’hui une chaux aérienne grasse, dont la définition actuelle prévoit qu’elle contienne moins de 2 % d’impuretés. Ainsi, l’analyse élémentaire des enduits de Vaulabelle indique une composition chimique correspondant aux indications données par le traité d’architecture de référence pour l’Antiquité.

Le second décor

32Les deux couches d’enduit constituant le second décor présentent de fortes teneurs en impuretés silico-argileuses : leur teinte rose et rouge provient de la réaction de ces impuretés à la chaleur de l’incendie.

33La couche de surface du second décor présente également une différence de composition importante pour la fraction fine, avec une forte teneur en sulfate de calcium (S0₄ Ca). Nous avons calculé que la part de sulfate de calcium (c’est-à-dire de plâtre) représentait 61 % de la fraction fine correspondant principalement au liant6.

34La présence de plâtre dans ce type de préparation semble marginale dans nos régions (FRIZOT, 1975, p. 286, § 7.2.4)7 et ne constitue pas à proprement parler un indice technologique. En revanche, l’exposition des fragments d’enduits peints à l’incendie peut expliquer cette différence d’analyse. En effet, le carbonate de calcium peut se transformer partiellement en sulfate de calcium en présence d’une forte source de chaleur (BEARAT, 1993 ; BÉARAT, 1996).

35La répartition des compositions chimiques sur le diagramme triangulaire présentant les carbonates et les sulfates (Ca + S), la silice (Si) et les autres impuretés (Al + reste), montre un alignement des points à partir du rapport entre la silice et les autres impuretés (fig. 8 et 9).

36Cette observation permet d’affirmer que non seulement le sable, mais aussi la chaux employée, sont de même nature pour la fabrication des divers enduits de la pièce 49. La chaux, de nature aérienne et grasse, a été associée à un sable calcaire et silico-argileux. Sa nature est mixte, car une partie des minéraux provient du massif granitique du Morvan (les quartz, feldspaths, micas), tandis que la charge calcaire s’est ajoutée lors du transport, à partir de la géologie auxerroise. Le profil érodé des gros grains calcaires témoigne du transport fluviatile de la charge et l’érosion accrue de ces grains, par rapport aux quartz notamment, est due à la nature plus tendre de la roche.

37Afin de compléter nos observations sur la charge contenue dans les enduits, nous avons étudié le sous-sol de la ville d’Auxerre, près du lit actuel de la rivière. Or, nous avons constaté qu’il était composé de couches d’alluvions de l’Yonne, sur plusieurs mètres d’épaisseur. Bien que les bords de la rivière se situent à quelques centaines de mètres seulement du boulevard Vaulabelle, il est plus probable que les maçons aient puisé le sable directement sur le chantier, à proximité de l’habitat gallo-romain, dans les mêmes couches d’alluvions.

38Nous avons comparé les résultats obtenus sur les enduits de Vaulabelle avec l’étude iconographique et technique réalisée au CEPMR. La reconstitution opérée par Claudine Allag et Agnès Schmidt (ALLAG, SCHMIDT, 1993)8 à partir des biseaux et des raccords d’enduits, a montré que les deux décors étaient associés : le premier décor était placé sur la partie basse des murs, tandis que le second se développait au-dessus. L’étude et la reconstitution iconographique montrent que l’ensemble ornemental était composé de panneaux de faux marbre en partie basse, ce qui a été confirmé par nos analyses chimiques.

Confrontation des résultats avec d’autres sites d’auxerre

39Dans le cadre d’une recherche élargie, nous avons comparé les enduits du boulevard Vaulabelle avec ceux des époques carolingienne, romane et gothique des cryptes de l’église abbatiale et de la cathédrale d’Auxerre. Nous avons constaté que les trois sites employaient, pour la confection des mortiers et des enduits, le même sable alluvionnaire de l’Yonne, puisé dans les couches constituant le sous-sol de la ville. Un autre sable est employé à Saint-Germain et à Saint-Étienne, provenant d’un gisement situé à quelques kilomètres au nord de la ville9, mais il n’a pas été utilisé pour les enduits de la pièce 49 de la domus gallo-romaine de Vaulabelle.

40La fraction fine des échantillons médiévaux présente des caractéristiques chimiques communes aux trois sites (fig. 10). Quelques variations néanmoins distinguent les échantillons de Saint-Étienne et de Vaulabelle du groupe de Saint-Germain : bien que les mêmes matières premières aient été employées sur les trois sites, toutes époques confondues, on enregistre des différences dues soit à la légère variation de composition d’un banc de pierre à l’autre pour la fabrication de la pierre à chaux, soit, plus probablement, aux proportions variables du mélange chaux-sable.

Conclusion

41En résumé, l’étude des fragments bruts à l’œil nu reste une étape indispensable et préalable à toute analyse physico-chimique.

42La préparation en section polie présente un double avantage qui est, d’une part, de comparer les échantillons dans les mêmes conditions reproductibles et, d’autre part, de conserver les étalons stabilisés dans de bonnes conditions plusieurs années, en évitant les dégradations mécaniques lors des manipulations, ainsi que les souffrances physico-chimiques dues à l’humidité et à la chaleur variables des aires de stockage.

43Par ailleurs, les lames minces permettent d’obtenir des indications pertinentes sur les techniques de fabrication, la nature des sables et la provenance des matières premières.

44La caractérisation de la fraction fine à l’aide d’une microsonde couplée au MEB est non destructive et permet d’obtenir une analyse chimique ponctuelle sans détruire le matériau, à la différence des méthodes chimiques classiques. La fraction fine est représentative du liant employé (chaux ou bien plâtre), bien qu’une partie réduite de la charge soit généralement prise en compte par l’analyse10.

45La confrontation des données analytiques avec la connaissance du décor et des techniques de réalisation des enduits peints permet de confirmer l’association des panneaux décoratifs dans un espace unique, ainsi que leur appartenance à un même ensemble ornemental.

46Les résultats d’analyse obtenus sur les échantillons archéologiques ouvrent également une source d’information complémentaire aux documents écrits dont nous disposions jusque-là, tels que les traités théoriques de construction (essentiellement Vitruve pour l’Antiquité romaine). Nous avons pu, sur le site de Vaulabelle, vérifier l’incidence des principes théoriques énoncés à Rome à la même époque. Aussi, l’appartenance de la Gaule à l’Empire romain a t’elle entraîné l’adoption des techniques de fabrication et de mise en œuvre des enduits peints. Cette observation semble montrer l’hégémonie romaine sur les territoires conquis, à travers l’exportation et l’implantation des techniques de construction et de décoration.

47Les analyses physico-chimiques, enfin, permettent de préciser l’exploitation des sources d’approvisionnement locales pour la fabrication des enduits et des mortiers. Nos observations montrent qu’un seul type de sable a été exploité pour ces enduits gallo-romains, provenant des alluvions de l’Yonne et sans doute puisé sur place, à proximité du chantier. Il ne semble pas, par ailleurs, qu’il ait été tamisé au préalable.

48Dans le cas spécifique des enduits de la pièce 49, les sections polies ont permis de confirmer que le mortier d’accrochage était le même pour les deux décors contemporains. L’apport complémentaire des lames minces du point de vue de la charge, montre que l’on a employé le même sable pour les deux enduits de préparation des deux décors et que celui-ci a été puisé sur place, dans les couches d’alluvions de l’Yonne. Le mortier d’accrochage en revanche, est de nature différente, puisqu’il s’agit d’un torchis, sans ajout de sable alluvionnaire.

49La confrontation des résultats d’analyse avec les recettes indiquées par Vitruve trouve une réelle correspondance, ce qui est à souligner. Il semble en effet que les enduits peints de cette maison gallo-romaine soient une application fidèle des préceptes énoncés par l’architecte romain pour la réalisation du faux marbre, comme pour le choix d’une chaux aérienne grasse à la fabrication des enduits. La forte teneur en sulfate de calcium (plâtre) enregistrée sur certaines couches d’enduit témoigne, en revanche, de la violence de l’incendie et de la forte cuisson des matériaux, de même nature à l’origine.

50Enfin, il semble essentiel de mettre en avant quelques aspects méthodologiques importants associés par le recoupement des résultats d’analyses avec les autres sources d’informations, telles que la géologie locale et les sources textuelles, notamment.

51L’étude réalisée avait pour objectif d’illustrer l’intérêt de l’interdisciplinarité pour l’étude des matériaux archéologiques. Le croisement des informations et des disciplines paraît être aujourd’hui le meilleur moyen de progresser dans la connaissance des matériaux et des techniques. Les informations collectées par l’une ou l’autre source (les analyses physico-chimiques, les textes ou bien la géologie) peuvent se confirmer entre elles. Aussi le principe du croisement des informations et de l’interdisciplinarité permet-il de confirmer efficacement les hypothèses de travail et de faire avancer aujourd’hui la connaissance des techniques et des pratiques anciennes dans le cadre de la construction et de l’ornementation des édifices.