Introduction

1Notre objectif est de dresser un bilan sur l‘évolution récente des méthodes de datation et des nouvelles possibilités accessibles dans le cadre de l’analyse du bâti, notamment la datation des mortiers de chaux par luminescence optiquement stimulée, méthode qui est aujourd’hui opérationnelle. De même les modalités d’exploitation des données chronologiques selon les nouvelles approches statistiques que nous allons évoquer permettent-elles de mettre en cohérence les informations chronologiques quelle que soit leur nature et il nous est apparu important d’en discuter. En retour, les nouveaux systèmes d’analyse chronologique peuvent modifier la stratégie traditionnelle d’étude des bâtiments et d’échantillonnage si l’on souhaite optimiser les moyens mis en œuvre et profiter pleinement de leur potentiel. C’est une démarche plus globale qui peut changer sensiblement l’organisation du travail archéologique, le choix des structures à étudier, et ce, bien en amont des opérations de terrain, au moment même où démarre la conception d’un projet d’étude.

2Pour les avoir expérimentées, Il s’agit également de témoigner des orientations qui nous paraissent fructueuses dans l’organisation même du travail de recherche collaboratif entre les différentes spécialités. Précisons d’emblée que notre point de vue est celui de chercheurs chronologues et non de prestataires de service. Nous sommes donc partisans d’une partition « horizontale » du travail plutôt que d’une hiérarchisation « verticale » des tâches¹. Nous participons à divers degrés, selon les opportunités ou les situations, à l’élaboration des projets scientifiques ainsi qu’à l‘interprétation archéologique.

1. Des méthodes de datation pour l’archéologie du bâti

3Le tableau de synthèse (tableau 1) résume la nature des méthodes physiques de datation applicables selon les matériaux disponibles et les situations rencontrées2.

Tableau 1 : table des méthodes de datation utilisables en archéologie du bâti.

1.1. Principe et usages des méthodes de datation

Dendrochronologie

4Chacun connaît même de manière sommaire, les principes de la méthode avec le comptage des cernes de croissance. Selon l’historique de L. Tessier3 dans l’ouvrage collectif d’Astrade et Miramont4, la première référence sur l’appréhension du rôle de l’arbre dans l’enregistrement des fluctuations climatiques est attribuée à Léonard de Vinci au XV^e siècle5. La croissance de l’arbre est en effet sensible à son environnement, au climat et aux éventuels stress qu’il subit au cours de son histoire. Dans un environnement donné, chaque cerne « enregistre » par son mode de développement les conditions climatiques de l'année de sa croissance qui conditionnent ainsi son épaisseur. La succession des cernes d’un arbre du cœur vers la périphérie rend donc compte de la succession des conditions de croissance liées aux facteurs environnementaux. Les capacités de la dendrochronologie en termes de résolution temporelle, datation à l’année près, ont été très rapidement perçues et exploitées dans la communauté de la préhistoire récente6. Elles ont ainsi été clairement démontrées avec la chronologie d’habitats lacustres néolithiques dont l’étude détaillée a permis, par exemple, d’accéder aux modalités d’exploitation des terres et de gestion des ressources par des groupes néolithiques des lacs de Clairvaux et Chalain dans le Jura7. En archéologie du bâti des périodes historiques, l’étude des charpentes et des bois d’œuvre offre un large spectre de recherches pour l’histoire des techniques constructives et de maintenance des édifices8. Les éléments en bois doivent disposer d’un nombre de cernes suffisants, quelques dizaines. L’âge obtenu, abattage ou période de croissance de l’arbre, constitue un terminus post-quem vis-à-vis de la construction de l’édifice ou de la structure architecturale étudiée.

Archéomagnétisme

5La méthode repose sur la connaissance de l’évolution du champ magnétique terrestre au cours du temps et sur le fait que les roches chauffées et les terres cuites enregistrent le champ magnétique terrestre au moment de leur refroidissement, par aimantation des minéraux magnétiques qu’elles contiennent. Le matériau présente donc une aimantation thermorémanente parallèle au champ magnétique terrestre (CMT) ambiant. La datation d’un échantillon est réalisée par comparaison de son aimantation à des courbes de calibration qui retracent les caractéristiques du CMT au cours du temps. La construction de la courbe de calibration est une étape essentielle. Elle est obtenue à partir d’échantillons archéologiques bien datés et en position primaire, c’est-à-dire non déplacés par rapport à leur position de chauffe (éléments de four, aires de combustion, etc.). Les courbes de référence sont valables pour une région géographique donnée. Cela représente par exemple en France, plusieurs centaines de kilomètres autour de Paris.

6La direction du champ magnétique est repérée par deux angles : l’inclinaison (angle entre le plan horizontal et la direction du CMT) et la déclinaison (angle entre le Nord magnétique et le Nord géographique dans un plan horizontal)9. L’opération de datation consistera à chercher sur les courbes de calibration les périodes où inclinaison et déclinaison correspondent aux mesures des orientations de l’aimantation de l’échantillon. Pour ce qui concerne l’application aux matériaux de construction, signalons que l’équipe de Rennes dans les années 1980 a mis au point une méthode spécifique des terres cuites architecturales (TCA : briques, tegulae…) grâce au fait que leur positionnement dans un four gallo-romain ou médiéval résultait d’un empilement régulier sur une sole horizontale. Bien que les TCA aient été déplacés de leur lieu de production pour être insérées dans une maçonnerie, l’analyse de l’orientation de l’aimantation thermorémanente de ces objets rend possible la détermination de leur position de cuisson (de chant, debout ou à plat) en raison des limites angulaires du cône de variation de la direction du CMT sous nos latitudes. En étudiant la répartition de l’orientation du champ sur une centaine d’échantillons d’un même lot on détermine avec précision l’inclinaison du CMT au moment de leur manufacture10 ce qui conduit à la datation. Enfin, signalons que la mesure de l’intensité du champ magnétique, utilisable pour la chronologie, marque un progrès important de la communauté au cours de la dernière décennie.

7Pour résumer, la recherche en datation par archéomagnétisme répond à deux problématiques : premièrement, la mesure fiable de l’orientation du champ ancien et de son intensité, deuxièmement, la construction de courbes de calibration qui nécessite que les datations des objets de référence soient particulièrement solides et précises11. En France et en général en Europe romaine, la période antique est très bien documentée, de même que le « bas » Moyen Âge et la période moderne. Cependant le « désert » du haut Moyen Âge a tardé à être « peuplé », et il a fallu attendre la première décennie 2000 pour que des études plus systématiques de TCA issues de bâtiments soient entreprises, en France en partie sous l’impulsion du groupe de recherche européen CNRS « Terres Cuites Architecturales et Nouvelles Méthodes de Datation » 12.

Radiocarbone

8La datation par radiocarbone est la méthode la plus connue en archéologie et celle qui a suscité le plus d’efforts au niveau mondial depuis les années 195013 et le prix Nobel de Chimie de Libby en 1960. Rappelons que des atomes de carbone-14 se forment à partir des réactions nucléaires entre le rayonnement cosmique et les molécules d’azote dans la haute atmosphère. Les atomes ainsi formés sont immédiatement engagés dans des molécules de CO₂. Les mouvements atmosphériques assurent le brassage à l’échelle terrestre des molécules ainsi naturellement marquées. Les organismes vivants étant en équilibre avec l’atmosphère, le rapport ¹⁴C/¹²C est conservé entre la source, l’atmosphère, et le récepteur. Cet équilibre cesse lorsque les échanges ne se produisent plus, notamment à la mort de l’organisme, et la décroissance de la concentration du radiocarbone démarre. Sous le terme organisme, nous entendons les parties d’un être vivant qui disposent des capacités de renouvellement de ses molécules. Ainsi dater un charbon de bois revient à dater, non pas la mort de l’arbre, mais la formation des cellules végétales correspondantes qui seront ensuite soumises à la mesure radiocarbone.

9Les variations temporelles de l’intensité du rayonnement cosmique au cours du temps obligent les datations radiocarbone à être corrigées. Pour cela, des courbes de calibration ont été établies par couplage de la dendrochronologie et radiocarbone sur les cellules végétales issues des cernes de croissance d’arbres bien datés14 jusque vers 12000 ans avant le présent et avec d’autres méthodes pour les périodes plus anciennes15. Pour les périodes concernées par l’archéologie du bâti, tout au moins si l’on exclut l‘habitat et les constructions néolithiques de notre champ d’étude dans cet article, les variations de la production du C14 atmosphérique peuvent conduire à des élargissements des intervalles de confiance autour de plateaux, comme les périodes IX^e- X^e siècles ou XI^e XII^e siècles ou, au contraire, à des intervalles réduits pour d’autres périodes, par exemple autour de l’an mil.

10Avec la spectrométrie de masse par accélérateur, de nouvelles possibilités de datation sont apparues dans les années 1990 grâce à la réduction considérable du volume nécessaire des échantillons.

11Grâce à cela, dater les aciers anciens est aujourd’hui possible16 ce qui ouvre ainsi de nouvelles possibilités d’étude pour l’histoire des monuments. Les métaux ferreux contiennent du carbone en faible proportion issu de charbons de bois, avant que la houille ne fasse son apparition pour la réduction. L’intérêt premier de la datation est de caractériser les objets métalliques étudiés, dans la mesure où le fer peut être recyclé, afin d’éviter les anachronismes involontaires dans la reconstitution de l’économie de la production de fer17.

12Pour les mortiers de chaux, l’application du radiocarbone est destinée à dater la fabrication du mortier, événement en lien direct avec la construction. Pour cela, plusieurs approches sont possibles. La plus pratiquée jusqu’à présent est la datation par radiocarbone des charbons inclus qui fournit un terminus post quem vis-à-vis de l’édification, sauf s’il est établi que l’effet vieux bois est négligeable, en particulier par l’analyse anthracologique. Une approche exploratoire a été proposée dès les années 196018 mais résiste toujours à un développement systématique19 : la datation de la carbonatation (la prise de la chaux). Comme nous le verrons dans le paragraphe dédié à la datation des mortiers, dater la chaux reste très problématique et nul ne peut assurer aujourd’hui la fiabilité du résultat obtenu, sans connaître l’âge de la structure par d’autres moyens.

Luminescence

13Le nom de luminescence est un terme générique qui désigne essentiellement deux phénomènes physiques d’où découlent deux méthodes de datation, la thermoluminescence (TL) et la luminescence optiquement stimulée (OSL). La thermoluminescence (TL) est l'émission de lumière induite par le chauffage d'un minéral préalablement irradié par des rayonnements ionisants, l’OSL celle induite par un éclairement par la lumière visible (d’où le nom de stimulation « optique »). Les deux phénomènes physiques sont très proches et seul diffère le mode de stimulation de la luminescence, la chaleur ou l’éclairement. Concernant l’irradiation préalable par des rayonnements ionisants, il s’agit des particules et des photons de la radioactivité naturelle (ou artificielle pour les irradiations effectuées en laboratoire afin de calibrer les émissions de luminescence). Particules et photons en interagissant avec la matière cèdent leur énergie au matériau et provoquent le déplacement durable et progressif d'électrons puis leur capture cumulative au niveau de défauts à l’échelle atomique dans des minéraux cristallisés20. Ce phénomène est exploité pour la datation du dernier chauffage, comme dans le cas de la manufacture des briques, ou de la fin de l’exposition à la lumière, comme dans le cas des dépôts sédimentaires et du sable des mortiers. Dans ces derniers cas, seule l’OSL est utilisable.

14Pour dater, il est nécessaire de déterminer deux grandeurs physiques :

• La dose archéologique : c’est la quantité d’énergie accumulée sous l’effet de l’irradiation par la radioactivité naturelle, dans les cristaux du matériau depuis l’instant zéro à dater (chauffage ou exposition à la lumière). La dose archéologique est mesurée par luminescence en laboratoire sur des minéraux spécifiques extraits du matériau à dater. La technique utilisée pour la mesure donne son nom à la méthode, thermoluminescence (TL) ou bien luminescence optiquement stimulée (OSL).
• La dose annuelle d’irradiation : c’est la quantité d’énergie absorbée en moyenne annuellement par le matériau. La dose annuelle caractérise l’intensité de la radioactivité naturelle et elle varie selon les échantillons et leur localisation. On distingue plusieurs composantes l’irradiation selon la nature et l’origine des particules et rayonnements. En particulier, les composantes internes de l’échantillon et des minéraux utilisés pour les mesures de luminescence sont mesurées en laboratoire, alors que la composante externe, liée au rayonnement gamma et aux particules cosmiques est généralement déterminée sur le terrain par des moyens de mesure directe (gammamétrie ou dosimétrie in situ)21.

15L’âge est obtenu par le rapport (la division) de la dose archéologique par la dose annuelle.

16Dater une brique par TL ou par OSL revient donc à déterminer le temps écoulé depuis sa production. Nous noterons que l'OSL permet, comme la TL de dater le dernier chauffage d'une brique avec les minéraux prélevés dans sa partie interne, des cristaux de quartz de préférence. Aujourd’hui, l’OSL tend à supplanter la TL en raison d’une meilleure précision des mesures et d’une moindre consommation de matière22. On notera qu’il existe des minéraux qui ne présentent pas d’OSL et pour lesquels la TL reste la seule méthode de datation de la dernière chauffe. Il s’agit notamment du silex ou de la calcite, espèces minérales qui jusqu’à présent n’ont pas été exploitées à notre connaissance en archéologie du bâti, mais qui peuvent être utilisées pour dater un foyer ou un incendie.

17L'OSL est utilisée pour dater la fin de la dernière exposition à la lumière depuis la fin des années 1980. Elle est appliquée essentiellement aux dépôts sédimentaires, dépôts éoliens et sables dunaires23. Elle peut s’appliquer aux matériaux de construction. Si on prélevait les grains de quartz en surface d’une brique par exemple, en prenant les précautions nécessaires pour ne pas réexposer les surfaces du matériau à la lumière au moment du prélèvement, on parviendrait à dater son insertion dans la maçonnerie et donc l'édification du mur, et non plus la seule production du matériau24. Cependant, la complexité du processus d’échantillonnage et l'opacité des terres cuites sont des obstacles majeurs à la systématisation de cette approche25 et cela demeure pour le moment du domaine de l’exploration méthodologique, pour les terres cuites tout au moins26. Pour les pierres de construction contenant des quartz ou des feldspaths, dater leur insertion dans une structure architecturale par OSL (« OSL surface dating ») semble beaucoup plus accessible, même si aujourd’hui les applications restent plus méthodologiques qu’archéologiques. En effet, au niveau international quelques travaux ont été développés pour la datation du bâti27, et aussi pour la datation de fronts de taille dans des carrières28. Développer aujourd’hui des recherches appliquées dans ce sens serait selon nous très pertinent pour l’Histoire de la Construction.

18Signalons que la datation de dépôts sédimentaires par OSL (technique standard classique), bien que moins connectée en apparence à l’étude du bâti, ne doit cependant pas être négligée car elle apporte potentiellement des informations utiles : un terminus post quem avec le substrat sédimentaire sur lequel repose le bâtiment par exemple, ou un élément chronologique contemporain de la construction par le remplissage des fosses de fondation29.

19Nous verrons au paragraphe dédié à la datation des mortiers que l’OSL selon une technique spécifique dite « monograin » (single grain OSL, SG-OSL) est depuis quelques années exploitée pour la datation de la fabrication des mortiers de chaux. Il s’agit véritablement d’une innovation majeure de l’archéométrie pour laquelle nous avons choisi de consacrer une partie spécifique de cet article car la datation des mortiers par OSL est potentiellement un important outil pour l’archéologie du bâti. Enfin, pour ce qui concerne les mortiers de terre, ils peuvent aussi être datés par OSL comme les mortiers de chaux. Le travail de la terre avant sa pose comme liant de maçonnerie expose les minéraux à la lumière et ce type de mortier est donc datable par les nouvelles techniques de SG-OSL. Il en va de même avec la terre crue utilisée comme matériau de construction. Il s’agit de dater la dernière exposition à la lumière, ce qui correspond au traitement de la terre en vue de son utilisation dans le bâti.

1.2. La distinction nécessaire entre l’événement à dater et l’événement réellement daté

20D’une manière générale, nous devons distinguer les deux événements. Selon les questions chronologiques posées, les résultats de datation, aussi parfaits soient-ils du point de vue de la technique, peuvent être assez éloignés de l’acte humain, objet de la recherche.

21Si l'objet à dater est un élément en bois, alors la dendrochronologie fournira un terminus post quem vis-à-vis de l'édification de la structure architecturale correspondante, car la date obtenue, celle du dernier cerne, précèdera l'abattage de l'arbre et a fortiori son utilisation dans la construction. Il en va de même avec la datation par radiocarbone de charbons de mortier, car le résultat obtenu correspondra à la période de croissance du végétal qui fournira le charbon, introduit ultérieurement avec la chaux du mortier. Afin de limiter les risques d’effet vieux bois ou de les évaluer, il est aujourd’hui couramment effectué des analyses anthracologiques des charbons, afin de déterminer l’espèce végétale. Nous ne pouvons que recommander une telle caractérisation préalable. La datation de la production de briques par luminescence ou par archéomagnétisme fournit aussi un terminus post quem vis-à-vis de la construction. En effet, les terres cuites sont produites avant leur usage dans la construction, c’est une évidence, mais ici nous devons considérer plutôt la possibilité de remploi qui est un phénomène assez courant, mais non systématique, dans la construction médiévale par exemple30. Enfin, seule la datation des mortiers par la nouvelle méthode OSL dite monograin ou « single grain » (SG-OSL) offre la correspondance la plus directe avec la construction.

22Si l’événement à dater est un incendie, ce qui, pour des édifices multiséculaires est un événement assez probable, ou bien la dernière utilisation d’un foyer, il est important de savoir que les traces de rubéfaction des matériaux apparaissent pour des températures supérieures ou égales à 250 °C31. De nombreuses possibilités de datation peuvent s’offrir grâce à la luminescence ou même à l’archéomagnétisme. C’est à notre connaissance une possibilité non exploitée en archéologie du bâti, mais qui pourrait trouver un intérêt, renouvelé notamment par l’incendie de 2019 de Notre Dame de Paris. On peut en effet dater la chauffe de calcaires par TL32, de même pour celle du silex, et pour d’autres matériaux comme le grès ou les roches contenant des quartz comme le granite, par OSL.

2. Point focal sur une innovation majeure récente : la datation des mortiers de chaux par OSL

23Comme nous l’avons déjà exprimé, il existe potentiellement deux méthodes de datation applicables pour « dater le mortier » : le radiocarbone et l’OSL

2.1. Le radiocarbone : des tentatives, mais peu de certitude

24La datation radiocarbone des phases carbonatées du mortier souffre de nombreuses contraintes méthodologiques. Tout d’abord, il existe un risque que le processus de carbonatation de la chaux, surtout dans la partie interne des maçonneries, ait été relativement lent (plusieurs décennies). Nous connaissons même des cas où la carbonatation n’a pas eu lieu, c’est ainsi qu’un nodule de « chaux » (BDX 17700) prélevé dans les fondations alto médiévales de la chapelle Saint Jean Baptiste de la Cité à Périgueux33 s’est avéré n’être constitué que de portlandite (di-hydroxyde de calcium, Ca(OH)₂) d’après les mesures de spectrométrie infrarouge34. La datation peut être aussi biaisée si des phénomènes de dissolution et de recarbonatation de la matrice du mortier liés à la circulation d’eau dans les maçonneries sont survenus dans le passé. Ces deux phénomènes, qui peuvent modifier l’âge apparent du mortier, peuvent être mis en évidence par une caractérisation du matériau. En revanche, un troisième phénomène perturbateur est très difficile à contourner. Une calcination incomplète de la pierre calcaire servant à fabriquer la chaux (présence d’incuits) ou l’évacuation incomplète du CO₂ fossile issue des pierres dans le four à chaux, en diluant le carbone-14, risquent de produire des âges surestimés. La datation de la carbonatation du mortier par radiocarbone reste donc une approche complexe35, mais elle conserve un potentiel très intéressant pour l’archéologie en raison de la bonne précision de la datation standard (30 ans d’écart-type statistique environ).

2.2. La luminescence optiquement stimulée : une méthode aujourd’hui opérationnelle

25Pour la datation par luminescence, l’instant zéro à dater correspond au moment où le sable, la chaux et l’eau sont mélangés. Nous nous intéressons à la phase siliceuse du mortier de chaux. C’est la dynamique du brassage des grains de sable qui constitue le mode de remise à zéro le plus efficace, statistiquement parlant, en les entraînant de façon probabiliste à la surface du mélange éclairée par la lumière ambiante du chantier. Ce processus implique une distribution particulière hétérogène de l’exposition des grains à la lumière qui a été longtemps un frein mais qui est à présent levé36.

26Les premiers essais de datation des mortiers par OSL remontent au début des années 2000, lorsque des chercheurs ont utilisé la méthode pour la première fois sur ce type de matériau pour tenter de dater la construction37. Entre autres études, à Berlin, Christian Goedicke avait utilisé la technique OSL que nous dénommerons classique et qui consiste à mesurer simultanément la luminescence de dizaines voire des centaines de grains de quartz déposés sur le même dispositif porte-échantillon. Les signaux d’OSL obtenus sont la résultante de la luminescence de l’ensemble des grains et si certains d’entre eux ont été insuffisamment éclairés lors de la fabrication du mortier, alors le résultat fournit un âge trop ancien. La nécessité de trier les grains selon qu’ils ont été bien ou mal exposés s’est donc très rapidement imposée. Aujourd’hui, à Bordeaux à l’IRAMAT-CRP2A38, depuis les travaux des auteurs39 l’étude des mortiers est réalisée selon une technique dite monograin (ou single grain OSL dating, SG-OSL) qui consiste à analyser de façon individuelle des milliers de grains de quartz extraits de la charge des mortiers avec des équipements spécifiques. Cette technique, déjà utilisée à des fins paléoenvironnementales dès la fin des années 199040, n’est pas propre au laboratoire de datation par OSL de Bordeaux, elle est aussi pratiquée à Milan, à Catane, à Risoe et potentiellement par d’autres équipes disposant des mêmes équipements.

27La figure 1 montre des exemples-types de résultats d’étude de quartz de mortiers par la technique monograin, sous la forme d’une distribution de doses. Ils ont été obtenus sur des échantillons de mortier de deux édifices gallo-romains, d’une part les fondations du musée Picasso d’Antibes, et d’autre part les fondations de l’amphithéâtre romain de Bordeaux, le Palais-Gallien. Dans le premier cas, le matériau a été très bien exposé au cours de son élaboration et la distribution des doses est relativement peu étendue autour d’une valeur centrale, alors que dans le second, de nombreux grains ont présenté une dose très élevée, signe d’un éclairement très insuffisant des grains. Il est aujourd’hui possible de traiter de tels cas de figure grâce à de nouveaux outils statistiques41. La figure 2 constitue un bilan méthodologique de datations OSL obtenues sur des échantillons de mortiers issus de structures architecturales de référence en fonction de l’âge connu et validé des maçonneries correspondantes. L’accord entre âge mesuré et âge connu est compatible avec les incertitudes inhérentes à la méthode.

Fig. 1. Histogrammes de répartition des doses équivalentes mesures sur des grains de quartz individuels extraits de mortiers de maçonneries romaines à Antibes (Alpes Maritimes) et à Bordeaux (Gironde).

Fig. 2. Comparaison entre les âges mesurés par SG-OSL de mortiers et les âges connus des maçonneries correspondantes pour des structures ou des édifices utilisés comme référence. Les barres d’erreur représentent les incertitudes de mesure individuelles ou les intervalles des attributions chronologiques.

28Certains laboratoires proposent de dater les mortiers selon la méthode multi-grain classique42. Malgré la qualité reconnue du travail de ces équipes, nous insistons sur le fait qu’aucune méthode classique ne permet de vérifier que l’échantillon a été suffisamment exposé à la lumière. Les auteurs de ces études, qui concernent des maçonneries de monuments de l’aire méditerranéenne, considèrent les résultats comme corrects car ils correspondent aux datations historiques ou aux datations des briques issues des mêmes maçonneries. Aucune information chronologique nouvelle n’est apportée puisqu’il est nécessaire de disposer de datations indépendantes pour décider si les résultats sont acceptables ou non. En fait, seul, l’examen de la distribution des doses mesurées sur les grains individuels par SG-OSL fournirait une information fiable sur l’état d’exposition initiale du matériau et donc sur la possibilité ou non de pratiquer la méthode standard pour dater.

29La datation des mortiers par luminescence (SG-OSL) est potentiellement d’usage général pour l’architecture. Néanmoins, même s’il s’agit d’une innovation majeure de l’archéométrie de ces dix dernières années, elle a ses propres limitations. En dehors des cas d’insuffisance de quantité de matière, la cause principale d’échec est la sensibilité insuffisante des grains à l’irradiation. Le signal d’OSL des grains individuels peut être trop faible pour être mesurable et la datation est impossible ou beaucoup trop incertaine pour être d’une quelconque utilité dans l’élaboration d’une chronologie. En pratique, on évite le risque d’entreprendre en vain une campagne extensive de prélèvements en étudiant préalablement la luminescence des matériaux sur quelques échantillons représentatifs de la minéralogie des mortiers de la construction à dater.

30La datation des mortiers par la technique SG-OSL est une méthode basée sur la luminescence et une des limitations de son usage peut être liée à l’importance des incertitudes de mesures qui conduisent à des âges individuels connus au mieux avec une incertitude de 5 % (±5% de l’âge, soit pour un échantillon daté de 1000 ans, un intervalle d’incertitude qui s’étend à 5 % de part et d’autre de la valeur centrale, ici entre 950 et 1050 années). La décision d’utiliser la datation par luminescence, comme toute autre méthode de datation physique, doit donc être réalisée en connaissance de ses potentialités pour les périodes ou les problématiques chronologiques concernées. On peut cependant améliorer la situation par la mise en place d’une stratégie analytique.

3. Pour une stratégie analytique

3.1. La démarche, aspects généraux

31Définir une stratégie analytique en amont, c’est-à-dire, au moment de l’élaboration d’un projet archéologique, est une démarche très efficace pour resserrer les intervalles d’incertitude inhérents aux méthodes de datation. La chronologie doit être en effet intégrée dans une recherche comme l’un des piliers de l’étude. Les spécialistes des matériaux doivent donc s’inscrire dans une démarche scientifique et archéologique globale dès le départ, et non comme des prestataires qui interviennent en urgence à la fin des opérations comme c’est encore trop souvent le cas. Ceci étant dit, le principe de base est de « faire feu de tout bois », car l’idée est d’accumuler le plus possible d’informations chronologiques au cours de l’étude.

32Ainsi, voici quelques règles idéales que nous pouvons conseiller.

• Dater plusieurs échantillons par structure étudiée pour réduire les aléas statistiques liés aux incertitudes de mesure, ou pour évaluer la normalité statistique des résultats ;
• Dater une séquence chronologique : si les unités à dater peuvent être stratigraphiquement reliées, il est alors intéressant de faire jouer les relations d’antériorité ou de postériorité qui vont introduire des contraintes chronologiques dans les datations et réduire ainsi l’étendue des intervalles chronologiques possibles pour l’événement daté.
• Utiliser plusieurs méthodes de datation : utilisées en complémentarité, des méthodes de datation différentes permettent de jouer sur les possibles termini post ou ante quem qui peuvent ainsi être introduits à bon escient dans le modèle chronologique. On joue aussi sur le fait que les incertitudes de méthodes différentes sont indépendantes et que cela réduira l’effet de potentiels biais systématiques.

33Comme nous l’avons montré (tableau 1) de nombreuses possibilités de datation existent qu’il est évidemment intéressant de mettre à profit lorsque les moyens alloués sont présents. Cet éventail de possibilités ne doit pas faire oublier cependant que les approches archéologiques ou historiques sont bien sûr essentielles car elles apportent des informations qualitatives utilisables dans la construction de la chronologie d’un édifice.

3.2. Un exemple d’étude : Séquence chronologique de la crypte de Saint-Seurin de Bordeaux, au niveau du Mausolée de Saint-Fort

34Nous présentons ici une relecture d’une étude chronologique que nous avons récemment publiée43 mais qui bénéficie aujourd’hui des développements les plus récents du traitement statistique des données obtenues par SG-OSL sur les mortiers. Nous limiterons notre propos à l’espace délimité par les murs de l’actuelle chapelle de Saint-Fort de la crypte de la basilique Saint-Seurin de Bordeaux, sous la nef. Cette église est implantée sur le site d’une nécropole qui s’est développée dans le courant du IV^e siècle44. Des campagnes de prélèvement pour datation ont été réalisées en décembre 2008 dans le cadre du Groupement de Recherche Européen du CNRS Terres Cuites Architecturales et Nouvelles Méthodes de Datation, à l’automne 2013 au cours du travail doctoral de Petra Urbanova. Cette dernière campagne a été suivie les années suivantes (2014, 2015) par des campagnes de fouilles (resp. Anne Michel, UMR Ausonius), de relevé architectural et de prélèvements dans différents secteurs de la crypte.

35Les structures mises au jour dans la chapelle Saint-Fort de la crypte et leur chronologie relative sont les suivantes :

36Une structure de carreaux de terre cuite de l’Antiquité Tardive qui appartient à un premier édifice, probablement lié à la vaste nécropole qui s’étendait dans ce secteur géographique, a d’abord été construite. Ces carreaux reposent sur un lit de mortier hydraulique, sur les parois latérales, d’autres carreaux de même nature sont utilisés pour former une banquette.

37Des sarcophages ont été posés dans cet espace. Plusieurs épisodes de dépôt ont été constatés, car il a fallu démonter des maçonneries, détruire par endroits les banquettes pour disposer de nouveaux sarcophages, notamment à l’est et à l’ouest de la structure où sont observées des traces de destruction.

38L’ensemble des sarcophages de cet espace a été par la suite recouvert de mortier gris, riche en cendres et charbons de bois. Les couvercles de certains sarcophages ont été bûchés, vraisemblablement pour niveler les maçonneries et permettre de développer un sol horizontal. On distingue en stratigraphie plusieurs niveaux de mortier, témoignage d’un remplissage en plusieurs étapes durant le chantier.

39Dans la partie supérieure du mortier gris, un liseré noir, visible encore sur le pourtour non fouillé de cet espace, semble indiquer un niveau de sol qui a fonctionné suffisamment longtemps pour s’enrichir de matières organiques (suies ?).

40Au-dessus du liseré, une couche de mortier blanc, englobant des moellons de calcaire, correspond à un doublage des murs latéraux du bâtiment antique.

41Enfin des remaniements ultérieurs de la crypte aux époques romane, gothique, puis moderne, aboutissent à ce que le visiteur peut observer aujourd’hui, les derniers aménagements ayant été effectués dans la crypte par la municipalité de Bordeaux en 2015.

42Ainsi, on distingue plusieurs événements qui s’organisent dans l’ordre suivant :

• Construction de la structure de terre cuite
• Mise en place des sarcophages
• Recouvrement des sarcophages par un mortier gris,
• Remaniement de l’espace et doublage des murs latéraux,
• Constructions romanes, puis gothiques et modernes (notamment installation du cénotaphe de Saint-Fort).

43Afin de caractériser cette séquence chronologique, nous nous sommes intéressés aux éléments datables. La facture des sarcophages qui ont été déposés dans la structure de terre cuite est datée des IV^e-V^e siècles par typo-chronologie. Des prélèvements de terre cuite ont été réalisés pour des études de luminescence et d’archéomagnétisme lors de la campagne du GDRE de 2008, ainsi qu’un charbon prélevé dans le mortier gris dans la partie nord occidentale de l’espace. À l’occasion des campagnes de 2013 et 2014, des échantillons du mortier hydraulique associé à la construction de la structure de terre cuite ont été prélevés, ainsi que des échantillons du mortier gris et des charbons associés, et des éléments du doublage des murs latéraux incluant aussi des charbons. Par ailleurs, pour permettre la mise au point de la méthode de datation des mortiers, nous avions prélevé en 2013 des mortiers de scellement des pierres de taille, dans la partie orientale extérieure du chevet construite dans le milieu du XII^e siècle45, ainsi que dans la partie nord-orientale extérieure de la chapelle Notre-Dame de la Rose, construite entre 1427 et 144446.

44Le tableau 2 reporte les éléments chronologiques utilisés pour construire le modèle chronologique et calculer les intervalles de confiance de chaque événement à partir du logiciel CHRONOMODEL 2.047. Les carreaux de terre cuite ont été datés dans le cadre des activités du GDRE Terres Cuites Architecturale et les données de luminescence ont été publiées relativement récemment48 et reportées dans l’article d’Urbanova et al. de 201849.

Tableau 2. Résultats des datations pour les objets et matériaux de la chapelle Saint-Fort de la crypte de Saint-Seurin de Bordeaux ainsi que du mur du chevet et de la chapelle Notre-Dame de la Rose. Laboratoires, références des échantillons, techniques utilisées sont reportées : OSL QI ou TL QI (« quartz inclusion » datation des inclusions de quartz [80-200 µm approx.] par OSL ou par TL), OSL fg ou TL fg (« fine grain », datation des grains fins [3 -12 µm] polyminéraux par OSL ou TL), SG-OSL/EED (datation par single grain OSL de grains de quartz [180-250 µm] et dépouillement selon le modèle Exponential Exposure Distribution), C14-AMS (datation radiocarbone par accélérateur et spectrométrie de masse). Les âges et dates TL ou OSL sont donnés avec une incertitude correspondant à un écart-type. Pour les âges TL ou OSL, l’année entre parenthèses est l’année de la mesure.

45Les données de SG-OSL sur les mortiers présentées dans le tableau 2 ont été obtenues par l‘utilisation du modèle statistique spécifique aux mortiers à partir des mêmes données de base que celles de l’article de 2018, et, en définitive, les résultats correspondants en termes d’âge diffèrent de quelques dizaines d’années. Pour les échantillons de mortier de scellement des carreaux de terre cuite de la structure tardo-antique, ainsi que ceux des mortiers gothiques, les données techniques sont détaillées par ailleurs50. Les données des deux échantillons de mortier gris (BDX 16492 et 16493) sont inédites (voir en annexe). Au final, pour ce qui concerne les événements de la fin de l’Antiquité romaine et du haut Moyen Âge, le calcul des intervalles chronologiques à 95 % de probabilité fournit les résultats suivants (Fig. 3) :

Fig. 3. Saint-Seurin, Bordeaux, distribution de probabilité des événements chronologiques des transformations de la chapelle Saint-Fort dans la crypte, et des références externes à la crypte (mur du chevet et chapelle Notre-Dame-de-la-Rose) après modélisation chronologique et calcul avec CHRONOMODEL 2.0.

46Structure tardo-antique : 330-460 ap. J.-C., la distribution est assez symétrique et son maximum est centré sur l’année 398 (avec un écart-type d’environ 30 années). On n’observe pas de modification significative de l’intervalle par rapport à l’article de 2018.

47Recouvrement des sarcophages par le mortier gris : 630-735 ap. J.-C. La distribution centrée sur l’année 680 est remarquablement étroite (écart-type de 26 années). Cet événement bénéficie de datations OSL et radiocarbone assez précises et concordantes et, par ailleurs, il se trouve contraint par la stratigraphie, notamment la phase suivante qui correspond au doublage de la maçonnerie antique (mortier blanc). Par rapport aux résultats du même événement que nous avions publiés en 2018 (580-780 ap. J.-C.), les données chronologiques sont aujourd’hui nettement plus resserrées.

48Doublage des murs (mortier blanc) : 700-1080 ap. J.-C. La distribution est assez large et dissymétrique, n’ayant été daté que par une seule mesure de radiocarbone.

49Les datations des phases gothiques (mur du chevet XII^e siècle et chapelle Notre-Dame de la Rose, XV^e siècle) restent évidemment conformes aux attendus par les approches chrono-architecturales et historiques.

50La mise en place des sarcophages peut être déduite de cette chronologie. Elle se situe entre la construction de la structure architecturale tardo-antique et le recouvrement des sarcophages, soit durant les V^e et VII^e siècles.

3.3. Un travail collaboratif interdisciplinaire

51L’étude chronologique de la crypte de Saint-Seurin de Bordeaux est un des exemples de collaboration fructueuse qui peut être menée entre spécialistes de diverses disciplines de l’archéologie, à la fois sur le terrain et en laboratoire. L’archéomagnétisme utilisé seul propose plusieurs intervalles chronologiques et l’association avec la luminescence sur les terres cuites, permet de privilégier l’un des intervalles et de réduire l’incertitude chronologique. Sur la question du remploi, dans notre cas précis, c’est la continuité physique entre les carreaux de terre cuite et le mortier hydraulique qui les supportent qui tend à montrer que les carreaux n’étaient pas remployés. Les datations des mortiers de pose, cohérentes avec celles des terres cuites (tableau 2), viennent renforcer la démonstration. La cohérence des datations radiocarbone et luminescence sur les échantillons de mortier de recouvrement des sarcophages démontre par ailleurs que les effets de vieux bois sont imperceptibles car les incertitudes se recouvrent parfaitement. Radiocarbone et luminescence ne sont donc pas posés en concurrence mais en support mutuel. Leur combinaison réduit les incertitudes.

52Les datations physiques auraient peu de valeur sans leur contexte archéologique qui est leur raison d’être. Ainsi, la mise en évidence d’une séquence d’événements, résulte-t-elle uniquement de l’observation archéologique minutieuse. La construction d’un modèle chronologique oblige chaque intervenant à interroger les limites de ses observations ou des méthodes mises en œuvre. C’est dans cette synthèse collective que la robustesse des analyses apparaît, tout autant que les zones d’incertitude qui peuvent être transformées en autant de prétextes à poursuivre les recherches et à orienter les futurs objectifs de fouille ou de recherche.

53Élaborer un projet interdisciplinaire ne se fait pas dans l’urgence. La mise en œuvre des méthodes de datation obéit à une cinétique qui dépend des méthodes et surtout de la disponibilité des acteurs (chercheurs, ingénieurs, techniciens). Construire un projet de recherche collaboratif nécessite du temps et la maturité nécessaire des équipes ne se développe que par la pratique. L’interdisciplinarité se cultive, forcément, et les idées nouvelles n’apparaissent pas par hasard. Un projet interdisciplinaire suppose des moyens financiers. Le frein actuel au développement d’une archéologie interdisciplinaire et technologique est davantage celui des moyens qui tendent à manquer, les moyens humains en particulier, qui ne se renouvellent pas ou très peu, en raison des priorités économiques et des doctrines des états, majoritairement portés jusqu’à récemment sur des optimisations budgétaires et aujourd’hui sur des priorités sanitaires de base légitimes.

4. Conclusion

54Nous avons dressé un panorama des méthodes physiques de datation applicables aux matériaux de construction : dendrochronologie, radiocarbone, archéomagnétisme, luminescence. Ainsi, les matériaux dont la fabrication ou la mise en œuvre sont susceptibles d’être datés recouvrent aujourd’hui potentiellement un large spectre : bois d’œuvre, mortiers et enduits, terres cuites architecturales, éléments métalliques (acier), pierres de construction, terre crue. Cette diversité potentielle d’objets datables rend accessible à la datation de nombreuses situations concourant à l’histoire des monuments : édification, remploi de matériaux, réfections, incendies etc. De nombreux champs d’investigation restent à explorer pour les chercheurs et nous pouvons notamment citer les efforts en cours sur la datation par radiocarbone des mortiers et des enduits via les espèces carbonatées néoformées. Nous suggérons aussi de renforcer ou de systématiser les études sur la datation de surface par OSL des pierres siliceuses, ce qui permettrait de dater leur insertion dans des maçonneries.

55Alors que des méthodes de datation sont utilisées aujourd’hui en quasi-routine (dendrochronologie, radiocarbone sur charbons de mortier ou sur éléments en bois, archéomagnétisme, luminescence sur les TCA), de nouvelles possibilités se sont ouvertes récemment à l’archéologie du bâti, en particulier la datation par luminescence optiquement stimulée (mode single grain) des mortiers de chaux ou des mortiers au sens des liants minéraux, ce qui accroît considérablement les possibilités de datation pour une grande majorité de bâtiments. Cet outil est désormais suffisamment robuste pour être utilisé avec fiabilité.

56L’accroissement du potentiel chronologique implique, selon nous, de définir une stratégie lors de l’étude d’un bâtiment afin qu’un maximum de sources d’information chronologique puisse être mis à profit dans l’élaboration d’un modèle chronologique de synthèse : utiliser les méthodes en complémentarité, définir des séquences chronologiques plutôt que des événements isolés à dater, multiplier les échantillons, intégrer les informations d’ordre chrono-typologique, ou chrono-architecturales, ou historiques, ainsi que les relations stratigraphiques issues des observations archéologiques. Autrement dit, nous militons pour une recherche collaborative interdisciplinaire.