Chapitre 2. L’échantillonnage dans le site archéologique
p. 25‑38
Résumés
Sur le terrain, un bon échantillonnage des charbons de bois est la condition du recueil d’une information complète et fiable, représentative de l’environnement. La première exigence, distinction entre le bois de feu domestique et les autres usages du bois, s’appuie sur le contexte archéologique. L’exigence de durée du dépôt, pour une représentation synthétique de l’approvisionnement en bois, est satisfaite à travers les charbons de bois dispersés au sein des niveaux d’habitat, à l’exclusion des concentrations, tels les foyers. Lorsque ces conditions sont remplies, le prélèvement optimal est un échantillonnage de sédiments dans toute l’unité stratigraphique, suivi d’un tamisage à la maille de 4 mm pour obtenir au moins 300 à 400 charbons de bois dispersés.
In the field, a good sampling of charcoal is necessary to obtain reliable information’s, representative of the environment. The first requirement, the distinction between domestic fire‑wood and wood used for other purposes, depends upon the archaeological context. The second requirement, the continuity of the deposits, to draw a synthetic representation of the supply of wood, is achieved by the study of charcoal samples dispersed throughout the habitation levels, with the exclusion of concentrations, such as hearths. Once these conditions have been fulfilled, optimal sampling in each stratigraphical level is carried out, followed by sieving (4 mm mesh) to obtain at least 300 to 400 scattered fragments.
Texte intégral
2. 1 Nécessité d’une méthode
1Pour la Préhistoire ancienne, les prélèvements sont minutieux, exhaustifs, et adaptés à chaque situation : ils ne sont pas concernés par notre travail. Les méthodes proposées ici s’appliquent à la Préhistoire récente, la Protohistoire, l’Antiquité et au Moyen Âge, périodes pour lesquelles le matériel est plus abondant et permet d’opérer des choix. Dans de nombreux cas, un prélèvement de tous les charbons de bois du site est inutile, d’une part parce que l’étude complète en serait matériellement impossible et, d’autre part, parce qu’un prélèvement bien conduit apportera toute l’information possible.
2Il n’est pas difficile de prélever des charbons de bois datés d’une période déterminée et d’en obtenir une liste d’essences. Mais cette pratique ne nous garantit qu’une information très incertaine. En effet, il existe de « mauvais dépôts » pour l’anthracologie, qui apportent une information biaisée sur la végétation passée. Aux débuts de l’anthracologie, les charbons de bois étaient récoltés sur les fouilles en considération de leur abondance locale, sans méthode particulière. Or, les charbons de bois les plus gros et ceux qui sont concentrés localement attirent davantage l’attention. Mais ce sont précisément ceux qui représentent le plus mal le milieu environnant le site, à l’époque où ils se sont déposés. Il importe de comprendre pourquoi (cf. infra partie I, § 2.2.2).
3La précision actuelle de l’interprétation des milieux passés par l’anthracologie n’est possible que depuis qu’ont été définies les exigences de l’échantillonnage des charbons de bois dans les sites archéologiques (Chabal 1982 ; 1988 ; 1991). Cet effort de terrain est la pierre de touche de la discipline et trop de fouilles font, encore à l’heure actuelle, l’objet de prélèvements quasi inutilisables parce que recueillis sans méthode.
4Les méthodes en anthracologie comprennent en premier lieu des conditions d’échantillonnage. Elles sont de deux sortes :
– deux conditions absolues qui concernent la nature archéologique des dépôts dans lesquels on va prélever ;
– des conditions statistiques classiques d’échantillonnage à l’intérieur de ces dépôts.
5Dans ce chapitre, tous les échantillons évoqués ont été obtenus par tamisage à l’eau à la maille de 4 mm. Le choix de cette maille sera justifié ci‑dessous § 2.4.
2.2 Deux conditions sur le dépôt de charbons de bois
2 .2.1 Les charbons de bois doivent provenir du bois de feu domestique
6Lorsque les charbons de bois sont associés à un incendie, lorsqu’ils sont environnés de clous abondants, ou de scories métalliques, lorsqu’ils sont proches d’un four à usage spécialisé (boulange, poterie...), etc., on doit penser qu’ils ne proviennent pas de feux domestiques. Dans ce cas, les essences utilisées sont étudiées pour comprendre l’activité et le choix éventuel des essences. Par exemple, à la période romaine on trouve à Ambrussum du Sapin et du Hêtre dans le bois de charpente d’un appentis incendié (Chabal 1989a), alors que dans l’environnement du site la chênaie méditerranéenne est majoritaire (cf. infra partie II, § 4.6.1). Dans certains cas cependant, des combustibles spécialisés peuvent donner une image du territoire exploité (cf. infra partie II, § 3.3.2).
7Les charbons de bois provenant d’une utilisation autre que celle du bois de feu domestique ont un grand intérêt mais leur prélèvement ne pose pas de difficulté théorique. On trouvera dans l’annexe 1 toutes les indications nécessaires pour mener à bien ce prélèvement.
8L’appartenance des charbons de bois étudiés au bois de feu domestique ne garantit pas leur représentativité paléoécologique, mais elle en est une condition nécessaire. Le caractère peu ou pas sélectif de l’approvisionnement en bois de feu apparaît immédiatement, en particulier par la richesse en essences des échantillons (cf. infra partie I, § 3.3.2). On peut savoir, dès avant la fouille ou en cours de fouille, si l’on a affaire à des résidus du bois de feu d’utilisation domestique, d’après des critères archéologiques simples. Lorsque les charbons de bois sont associés, dans les sédiments, à d’autres déchets de l’activité domestique : céramique, restes de l’alimentation animale (os, coquillages...) et végétale (graines...), débris de foyers, etc., qu’ils soient à l’intérieur des foyers domestiques ou non, à l’intérieur ou à l’extérieur des habitations (rue), on peut raisonnablement penser qu’ils proviennent de l’activité domestique au sens strict, c’est‑à‑dire des combustibles culinaires surtout, ou du bois de chauffage ou d’éclairage.
9Certains ensembles, surtout en Protohistoire, réunissent du bois provenant de deux utilisations, tels des foyers à usage métallurgique et culinaire, ou des sols domestiques sous‑jacents à des niveaux d’incendie. Ils doivent être a priori écartés de l’étude paléoécologique et étudiés à part. Le contenu de certaines fosses peut poser problème, si les restes archéologiques susceptibles de prouver une origine domestique non spécialisée y sont rares. Seule une discussion cas par cas peut permettre de trancher, souvent après la fouille et l’étude.
2.2.2 Les charbons de bois doivent être les résidus d’une durée d’activité longue
10L’idée de charbon de bois évoque immédiatement celle de foyer. Effectivement, les charbons de bois trouvés dans les foyers et dépôts assimilés sont les plus visibles à la fouille, les plus spectaculaires, voire les plus abondants. Cependant, les couches archéologiques livrent aussi, dans l’ensemble de leur surface et de leur épaisseur, des charbons de bois dispersés, pas toujours visibles à la fouille mais pouvant se révéler abondants par tamisage à l’eau du sédiment.
11Le bon sens suffit pour écarter d’une étude paléoécologique les charbons de bois qui proviennent d’une exploitation très brève de l’environnement. Par exemple, la collecte d’un fagot de bois, pour un jour, représente une petite portion de territoire qui nous intéresse peu, du fait de sa taille réduite et de son caractère localisé. Pour une durée d’activité très courte (quelques jours, semaines ou mois), la proportion du territoire visitée pour le ramassage du bois sera faible et fluctuante (fig. 5). On conçoit qu’il doive exister un seuil de durée à partir duquel les prélèvements de bois cumulés représentent toute –ou quasiment toute– faire d’approvisionnement en bois de feu caractéristique d’une période ou, tout au moins, ne dépendent plus de la durée. Il est nécessaire que les charbons de bois correspondent à un tel seuil de durée pour qu’ils aient quelque chance de représenter la végétation. Ce critère simple se traduit‑il sur la fouille par une distinction simple ? Par exemple, on pourrait se demander si un dépôt de 1 000 charbons de bois ne représente pas une durée d’activité supérieure à un dépôt de 100 charbons de bois. Il n’en est rien, pas plus que l’épaisseur de chaque strate archéologique n’est proportionnelle à la durée. L’espace du gisement archéologique est une juxtaposition de volumes représentant des durées brèves ou des durées longues.

FIG. 5 – Corrélation théorique entre la durée de dépôt des charbons de bols issus du bois de feu domestique et la fraction visitée de l’aire d’approvisionnement en bois : il doit exister un seuil de durée à partir duquel toute l’aire est représentée dans les charbons de bois.
12L’expérience prouve que chaque fois qu’un dépôt de charbons de bois est très localisé dans l’espace, tel le contenu d’un foyer, il risque de ne témoigner que des dernières utilisations, de la combustion d’une ou de quelques brassées de bois, du dernier feu ou des quelques derniers feux figés par la sédimentation (Perlés 1977 ; Chabal 1982). Ceci se traduit par la présence de quelques essences seulement, même pour une quantité de charbons de bois importante (par exemple, 1 000 charbons de bois dans un foyer peuvent révéler 5 ou 6 essences seulement). On a parfois voulu voir un caractère intentionnel dans le faible nombre d’essences utilisées dans un foyer. Rien n’exclut directement cette interprétation mais on ne voit pas comment distinguer ce cas d’un dépôt aléatoire. De plus, il faudrait quand même admettre le caractère « instantané » de ce choix, pour un usage ponctuel du foyer, puisque le cumul de nombreux feux n’indique aucun choix.
13En effet, les charbons de bois dispersés, souvent assez petits, qui se trouvent au sein des niveaux archéologiques d’occupation (sédimentation primaire) ou de remblai (sédimentation secondaire) proviennent d’un grand nombre de feux (Fancelli Galletti 1972 ; Chabal 1982 ; 1988). En témoigne la diversité typologique observée parmi les autres déchets domestiques mêlés aux charbons de bois, tels les très nombreux fragments éparpillés de céramique ou d’os, ne recollant pas ou peu entre eux. Ces charbons de bois sont beaucoup moins visibles sur le terrain que les contenus des foyers ou vidanges de foyers. Il est même fréquent que seul le tamisage à l’eau des sédiments révèle leur abondance. À l’origine, ces charbons de bois proviennent bien sûr des foyers, mais ils se sont dispersés depuis ceux‑ci, pendant la durée de formation des couches archéologiques c’est‑à‑dire, au minimum, de quelques années à quelques décennies.
14Le contenu anthracologique d’une lentille de charbons de bois située au sein d’un niveau archéologique livre ainsi beaucoup moins d’essences que les charbons de bois dispersés du même niveau, à nombre de fragments égal (fig. 6). Cette observation a été vérifiée pour des foyers préhistoriques (Heinz 1988 ; 1990a).

FIG. 6 – Évolution du rendement de l’analyse anthracologique pour les charbons de bois dispersés et pour une concentration dans le même niveau archéologique : la pauvreté en essences des charbons de bois concentrés est une conséquence de la brièveté de leur production et de leur dépôt (Le Marduel, 500/475 av. J.‑C,).
15Ce résultat n’est pas la règle : certains foyers réalisent une synthèse du bois brûlé pendant plusieurs années. C’est le cas du « foyer central » du quartier bas d’Ambrussum (cf. infra partie II, § 4.6.1). Sept niveaux successifs du foyer, séparés par des chapes de limon ou des recharges de pierres, ont livré 1 879 charbons de bois et 22 essences, à raison d’une moyenne de 268 fragments et 5 à 12 essences (nombre minimal) par niveau (ce qui est faible, mais pour ce site, les charbons de bois dispersés donnent 10 à 14 essences seulement). Les contenus successifs du foyer s’intègrent bien dans le diagramme du site. Quelle est la durée d’utilisation de chaque niveau ? Le foyer est daté de –10 à +10 ou +20 mais il n’est pas certain qu’il ait été utilisé sur toute cette durée. Trente ans est donc le maximum du temps d’utilisation du foyer. Le foyer comprenait huit niveaux, dont sept contenaient des charbons de bois. La logique veut alors que le niveau utilisé le moins longtemps ait été utilisé au plus 4 à 5 ans. Cette durée d’utilisation est probablement surévaluée, si on considère que chaque niveau successif n’a certainement pas été utilisé 5 ans sans vidange. On peut alors supposer que 4 ou 5 ans d’activité domestique sont une « durée longue », et suffisent en antrhracologie pour donner une représentation de la végétation correcte. Il est probable qu’une durée moins longue encore suffise, mais le seuil inférieur n’en est pas encore connu.
16Il n’existe aucun critère de terrain pour reconnaître dès la fouille un dépôt concentré qui aurait synthétisé les résidus de nombreux feux, sur la durée. La richesse en charbons de bois ou la forme du foyer ne sont pas de bons critères. Il est possible que le déterminisme de cette situation ne vienne pas du dépôt, mais plutôt des pratiques d’approvisionnement en bois, ou de l’existence de stocks de bois réalisant par avance une synthèse, etc.
17En revanche, la présence de gros charbons de bois, de plusieurs centimètres de côté, signale la surreprésentation d’une ou quelques essences. Il ne suffit pas de les retirer, car cette distorsion concerne tout le dépôt.
18Il est donc important de distinguer les charbons de bois dispersés au sein des niveaux archéologiques des charbons de bois concentrés, c’est‑à‑dire agglomérés dans les foyers, lentilles, fosses, etc., dans ou hors d’une structure de combustion. Il est préférable, dans la majorité des cas, d’écarter ces derniers des études anthracologiques, spécialement pour les périodes ou les sites riches en charbons de bois dispersés.
19Lorsque les restes organiques sont abondants, comme dans certains comblements de fosses, le caractère concentré ou dispersé des charbons de bois peut s’avérer difficile à juger. L’important est surtout de distinguer les sédiments dont le contenu témoigne d’une longue durée, de ceux dont le contenu témoigne d’une durée brève. Peut‑on plutôt déterminer, en vue de l’échantillonnage, quels ensembles archéologiques donnent assurément des charbons de bois dispersés provenant d’une durée longue ? Pour la Protohistoire et l’Antiquité, l’analyse des rapports entre la durée réelle et les critères de datation permet une corrélation : en pratique, les unités stratigraphiques1 dont la datation, serrée, n’est pas donnée par la stratigraphie seule, mais largement par le mobilier de l’unité stratigraphique elle‑même, représentent l’activité domestique de plusieurs années. Ce sont les remblais (apport différé et massif de sédiments domestiques précédemment accumulés sur la durée) et les sédimentations de sol (apport progressif au cours de l’occupation d’une habitation ou d’une rue).
20Il est préférable d’écarter de l’étude anthracologique les charbons de bois associés à une datation lâche (dont le contenu anthracologique est disparate et non représentatif de l’environnement), ainsi que les constructions et les destructions.
21Au contraire, aucune différence anthracologique n’a pu être mise en évidence entre les dépôts in situ (sédimentation de sol, foyer) et les dépôts différés (remblai, vidange de foyer). La différence à prendre en compte pour l’anthracologue est celle qui existe entre un dépôt « instantané » (foyer, vidange de foyer) et un dépôt synthétique sur la durée (sédimentation de sol, remblai).
2.3 Méthode d’échantillonnage
2.3.1 Le prélèvement des charbons de bois concentrés
22Les contenus de foyers, lentilles charbonneuses, fosses à feu, etc., ne sont normalement pas prélevés pour l’étude paléoécologique. En général, seule une liste d’essences, incomplète, pourrait être interprétée. Ni l’absence, ni les proportions des essences n’y sont fiables. Aussi, les efforts de prélèvement et d’analyse ne sont pas rentables. Quelle que soit l’abondance en charbons de bois, la plupart du temps elle ne remplace pas l’effet de synthèse réalisé dans les charbons de bois dispersés. Pourtant, dans quelques cas, le contenu d’une fosse ou d’un foyer donne une image anthracologique diversifiée et à l’évidence interprétable, sans que l’on puisse le prévoir dès le terrain.
23Il convient alors de prélever ce type de charbons de bois en complément seulement des charbons de bois dispersés, surtout si la séquence chronologique est incomplètement représentée par ces derniers. Les charbons de bois concentrés ne font pas l’objet d’un plan d’échantillonnage, en raison de la facilité d’un prélèvement exhaustif, tamisé à l’eau à la maille de 4 mm (cf. infra annexe 1).
2.3.2 L’échantillonnage des charbons de bois dispersés
Normalité de la population statistique
24Un échantillon sert à décrire, par inférence statistique, la population statistique dont il provient et que l’on ne connaît pas. Comment être sûr que cet échantillon représente bien cette population ? Lorsqu’on mesure un caractère quantitatif, l’échantillonnage n’est valable que si le caractère est distribué selon la loi normale dans la population statistique. En effet, si le caractère ne suit pas la loi normale, on risque d’avoir affaire à plusieurs populations statistiques mélangées, et il n’est pas légitime de considérer qu’un échantillon tiré au hasard sera représentatif du tout. Si le caractère suit la loi normale et si l’échantillon, tiré au hasard, contient plus de 30 individus, alors la distribution d’échantillonnage du caractère suivra aussi la loi normale. Il sera alors possible de décrire la population d’origine à partir de l’échantillon.
25En anthracologie, on est dans le cas d’un caractère qualitatif exprimé par sa fréquence dans un groupe d’individus (par exemple le pourcentage de Chêne dans un lot de charbons de bois). La question de savoir si l’on a affaire à une population statistique unique revient à se demander si, dans la population statistique, en l’occurrence ici dans les niveaux archéologiques d’une période donnée pour un site, la distribution du pourcentage mesuré suit la loi normale. Si c’est le cas, et si l’échantillon d’effectif n, tiré au hasard, révèle une fréquence relative p du caractère étudié, telle que np et n (1‑p) soient supérieurs à 5, alors la distribution d’échantillonnage suivra aussi la loi normale. Il sera alors possible de décrire la population d’origine à partir de l’échantillon, c’est‑à‑dire de considérer que le pourcentage de l’essence dans l’échantillon représente bien son pourcentage dans les niveaux archéologiques.
26Pour étudier la distribution du pourcentage d’une essence dans un niveau archéologique, il faut étudier la distribution spatiale d’échantillons pris selon une méthode statistique dans chaque partie de la couche et les comparer. On peut, par exemple, comparer le contenu de chaque mètre carré fouillé. Si une hétérogénéité en plan existe à cette maille (plusieurs populations statistiques), elle apparaîtra (à condition qu’il y ait suffisamment de charbons de bois par carré). Ainsi, dans l’exemple d’un niveau du Marduel, la répartition des essences et de leurs proportions apparaît très similaire dans des surfaces d’environ 1 m2 (fig. 7). Les légers écarts observés font partie de la variabilité statistique et respectent la hiérarchie des fréquences des essences (les fréquences des essences sont assorties d’un intervalle de confiance2 statistique à 5 %). La répartition des charbons de bois à l’échelle d’observation choisie est remarquablement uniforme. Il n’est bien sûr pas question d’exiger l’identité des carrés entre eux, puisque c’est leur réunion qui constitue l’échantillon. Il n’est pas possible, avec quatre carrés, de tester si la répartition suit la loi normale, mais cela semble très probable. Ce résultat n’est pas isolé en anthracologie. La relative uniformité de répartition des charbons de bois dans les unités stratigraphiques conditionne la possibilité de l’échantillonnage dans quelques carrés pour représenter la totalité du niveau archéologique : si les contenus des carrés étaient différents entre eux, on n’aurait aucune chance d’obtenir le même résultat en tirant au sort certains carrés.

FIG. 7 – Uniformité de répartition des essences et de leurs fréquences dans quatre mètres carrés d’un niveau archéologique. Les fréquences relatives sont assorties d’un intervalle de confiance à 5 % (Le Marduel, Gard, zone 1011 déc. 21).
27La répartition des essences et de leurs fréquences dans les carrés d’un même niveau témoigne indirectement de la façon dont les charbons de bois se sont dispersés à partir des foyers. Il y a nécessairement eu un brassage statistique très important, avec perte de la plus grande partie du bois brûlé (par exemple, chaque feu n’est à terme représenté que par quelques fragments). Les charbons de bois dispersés sont le résultat d’un « échantillonnage » naturel, d’une synthèse du bois de feu brûlé sur la longue durée, et dont la majorité a disparu pour des causes physiques. Ceci explique leur répartition uniforme. Les masses de charbons retrouvées sont insignifiantes par rapport au bois brûlé dont elles proviennent, et le nombre absolu de charbons de bois n’a pas de signification.
28Mais ce que l’on veut représenter, c’est le bois de feu d’une période d’occupation du site. Il faut alors vérifier aussi que les contenus de deux niveaux contemporains du site sont les mêmes. En effet, si les contenus de deux niveaux synchrones étaient différents entre eux, on n’aurait aucune chance d’obtenir le même résultat en fouillant un espace d’habitation du site plutôt qu’un autre.

FIG. 8 – Reproductibilité de l’observation en anthracologie : les espèces identifiées et leurs fréquences relatives dans deux niveaux archéologiques du Marduel, synchrones (350/325 av. J.‑C.) et appartenant à deux habitations espacées de plus de dix mètres, sont très proches, moyennant un intervalle de confiance à 5 %.
29La figure 8 montre les contenus anthracologiques de deux ensembles archéologiques de même datation mais sans contact physique. Ces niveaux de l’oppidum du Marduel étaient espacés de plus de 10 m et séparés par plusieurs murs. Il ne peut donc pas s’agir de l’étalement de charbons de bois depuis le ou les mêmes foyers. Trois essences sont propres à chaque niveau, seize leur sont communes, et la hiérarchie des essences fréquentes est respectée. On peut constater que les intervalles de confiance des essences les plus fréquentes, celles sur lesquelles repose l’essentiel de l’interprétation, ne se chevauchent pas. Statistiquement, il y a donc une grande proximité, mais non identité, des contenus anthracologiques des deux niveaux.
30La proximité du contenu de deux niveaux disjoints appartenant au même site prouve non seulement que les processus physico‑chimiques ont été comparables, mais aussi que les charbons de bois sont issus de masses de bois contenant les mêmes essences dans les mêmes proportions (cf. infra partie I, § 3.3.1).
Dispersion agrégative des charbons de bois
31Lorsqu’on met en œuvre un « échantillonnage aléatoire simple », on peut faire abstraction de la structure de l’espace échantillonné. Mais sur une fouille la mise en œuvre d’un tel échantillonnage qui suppose des tirages au hasard n’est pas réaliste. Pour mettre en œuvre un « échantillonnage systématique », par carré par exemple, on doit adapter la maille d’échantillonnage à la structure interne de l’espace échantillonné (Frontier 1983).
32Dans le niveau archéologique, la dispersion des charbons de bois au sein des sédiments, toutes essences confondues, peut être étudiée. Les carrés (ou les seaux de 10 litres de sédiments) ne renferment pas tous le même nombre de charbons de bois. On peut analyser, non pas la répartition spatiale précise des fragments (qui n’est pas enregistrée), mais leur « degré de dispersion ». Pour cela, le nombre de charbons de bois dans chaque carré ou chaque seau de 10 litres de sédiments prélevé a été noté pour quelques niveaux de Lattara, et pour un niveau du Marduel (le contenu de chaque seau représente une portion localisée du niveau archéologique).
33Les carrés considérés ici sont soit des mètres carrés, lorsque l’unité stratigraphique a été intégralement tamisée, soit des quarts de mètres carrés, un quart étant prélevé dans chaque mètre carré. Dans les deux cas, la maille est donc 1 m. Le seau de 10 litres peut être considéré comme une maille, plus fine, à l’intérieur de la maille des carrés.
34La figure 9a représente, sous forme d’histogrammes de dispersion, le nombre de charbons de bois par seau ou par carré pour le même niveau. Distinguons les remblais et les sédimentations de sol. Le nombre moyen de charbons de bois à l’intérieur des seaux, ou des carrés, varie beaucoup suivant le niveau archéologique considéré. On retrouve là une observation de terrain bien connue : les remblais comme les sédimentations de sol peuvent être riches ou pauvres en charbons de bois relativement au volume de sédiments. De plus, le nombre de charbons de bois par seau, ou par carré, varie à l’intérieur d’un niveau. La variance des histogrammes de distribution est toujours supérieure à la moyenne, ce qui veut dire que dans un niveau archéologique il y a des seaux, ou des carrés, qui contiennent un nombre de charbons de bois sensiblement plus élevé que la moyenne (sans qu’on puisse pour autant parler de concentration, et cette densité n’est pas repérable à la fouille). Cette dispersion est connue sous le nom de dispersion « agrégative » ou « contagieuse », c’est‑à‑dire une tendance pour les fragments à être plus groupés, au sein des sédiments, qu’ils ne le seraient dans une dispersion aléatoire ou distribution de Poisson (fig. 9b). Corrélativement, il y a aussi plus de plages plus ou moins vides, entre ces groupes, que dans une dispersion aléatoire.

FIG. 9 – a Deux exemples d’histogrammes de dispersion des charbons de bois par carré du quadrillage de la fouille, et par seau de 10 litres de sédiments (toutes essences confondues). b Distribution agrégative ou contagieuse correspondant à ces dispersions (au centre), par opposition à une dispersion aléatoire et à une sous‑dispersion.
35Ainsi, une microstructure de dispersion des charbons de bois existe : les charbons de bois tendent à être légèrement groupés. Trois causes non exclusives en sont possibles :
– les conditions de dépôt propres aux charbons de bois produisent cette proximité (les charbons de bois sont déplacés ensemble) ;
– il s’est produit une refragmentation au sein des sédiments, au moment de la dispersion et du dépôt ;
– une refragmentation a lieu lors de la fouille et du prélèvement.
36L’agrégation n’est donc peut‑être pas entièrement un état préexistant dans les sédiments, elle peut être accentuée par le prélèvement. Pour l’échantillon finalement obtenu, cela revient néanmoins au même.
37Ce caractère agrégatif des charbons de bois peut dépendre de l’échelle d’observation, ce qui veut dire que l’espace d’échantillonnage présente alors un « grain », une structure. Les seaux ou les carrés sont deux échelles d’observation (par leur volume différent) et les fragments pourraient y être plus ou moins groupés.
38Le coefficient de variation (écart type/moyenne) de la dispersion chiffre la variabilité de la dispersion quelle que soit la moyenne, et permet donc de comparer directement les niveaux archéologiques entre eux. La figure 10 exprime sous forme de nuages de points cette variabilité en fonction de la richesse relative en charbons de bois. Chaque point représente une unité stratigraphique et un mode de dispersion, par seau ou par carré. Il apparaît que le caractère groupé des charbons de bois est plus marqué dans les niveaux pauvres en charbons de bois que dans les niveaux archéologiques riches en charbons de bois. Mais ceci est une règle statistique, ce n’est pas un résultat propre aux charbons de bois dans les niveaux archéologiques3. Mais la contagion est‑elle de même ordre par seau ou par carré ? Pour l’ensemble des niveaux, on voit que la contagion varie dans des marges du coefficient de variation égales par seau ou par carré. Il n’y a donc pas une structure différente à l’échelle des seaux ou des carrés (s’il y a une différence entre les remblais et les sédimentations de sol, notre base statistique n’est pas ici suffisante pour permettre de le dire).

FIG. 10 – Variabilité de la dispersion des charbons de bois : les fragments ne sont pas plus groupés par seau que par carré, le degré de dispersion y est le même, ce qui autorise une maille d’échantillonnage de 1 m2.
39En l’état actuel de cette analyse, la maille d’échantillonnage peut alors être celle des mètres carrés. La maille plus fine des seaux ne révèle pas une structure différente de la répartition et il n’est pas nécessaire d’échantillonner à une échelle aussi fine pour avoir toutes les chances de bien représenter le contenu de la couche archéologique.
Quelle précision rechercher ?
40Nous avons vu que deux niveaux de même datation, sans contact physique, d’un même site, donnent presque le même spectre anthracologique mais aussi quelques différences, dues aux aléas d’approvisionnement en bois par l’homme, à ceux de la combustion, de la dispersion à partir des foyers, etc. Ces fluctuations aléatoires des observations représentent la limite de précision possible des interprétations. Multiplier les comparaisons de niveaux synchrones permettra à l’avenir de chiffrer la précision maximale possible de l’interprétation paléoécologique et d’ajuster l’effort d’échantillonnage à ce degré de précision.
41En attendant l’étude de nombreux niveaux synchrones, l’échantillonnage doit rechercher une précision assez élevée, relative au rapport entre l’effort d’échantillonnage et le gain d’information (sans certitude sur l’intérêt de ce gain). En effet, il ne faudrait pas risquer qu’un échantillonnage peu rigoureux ajoute son imprécision propre, dans les spectres anthracologiques, à celle provenant d’autres causes incontrôlables.
42Cependant, notons que l’intérêt d’augmenter l’effort d’échantillonnage pour limiter la variabilité aléatoire est inféodé à la valeur même des spectres en tant qu’imagé du milieu passé. Le caractère transformé et synthétique du spectre anthracologique, par rapport à la réalité des paysages, rend‑il utile la recherche d’une très grande précision, pour la qualité de l’interprétation paléoécologique ? Ce point ne peut trouver des réponses qu’à la lumière d’un grand nombre d’études paléoécologiques basées sur des échantillonnages rigoureux.
Choix d’un plan d’échantillonnage
43Parmi les plans d’échantillonnage possibles, un « échantillonnage systématique » permet de bénéficier du quadrillage de la fouille. Il est autorisé par l’absence certaine de répétition périodique des valeurs mesurées (Frontier 1983) dans l’espace de la fouille (puisque l’habitat n’est pas un milieu écologique pour les essences). La maille est choisie par rapport à la répartition des essences et de celles de leurs fréquences, suffisamment uniformes à cette échelle (cf. supra), et par rapport à la dispersion contagieuse des fragments et à l’échelle d’agrégation (cf. supra). La maille peut être de 1 m2 mais la surface de prélèvement, dans chaque carré, dépend du nombre de fragments que l’on veut obtenir ; elle est donc variable selon la richesse en charbons de bois et la surface de l’ensemble du niveau archéologique. En pratique, nous verrons qu’elle se situe entre le quart et la totalité de la surface définie par la maille.
44Une seule entorse sera faite à la rigueur de l’échantillonnage systématique idéal. La position spatiale de la première unité d’échantillonnage qui détermine toutes les autres ne sera pas tirée au sort, mais choisie d’après :
– la position du quadrillage de la fouille,
– les contingences propres à chaque niveau archéologique. Par exemple, si chaque unité à prélever doit être une surface de 1/4 de mètre carré, les deux points cardinaux nécessaires à sa définition seront choisis de manière à déterminer le plus grand nombre possible de carrés, ou pour éviter une zone, un foyer, etc. Les zones de contact avec d’autres niveaux sont évitées.
Effectif optimal de l’échantillon
45On peut figurer sur un graphique le rang des essences nouvellement rencontrées (la première, la deuxième, etc.) en fonction du rang des charbons de bois, au fur et à mesure de l’analyse anthracologique d’un échantillon (Chabal 1982). Par exemple, la neuvième essence peut être rencontrée, pour la première fois, au cinquantième charbon de bois analysé. Le nombre d’essences trouvées croît jusqu’à atteindre un palier. Ces graphiques méritent le nom de courbes « effort‑rendement », qui explicite leur finalité : ils visent à estimer à partir de quel effectif, pour un échantillon, on juge que le rapport nombre d’essences/nombre de fragments est optimal en termes d’effort d’analyse. Le seuil optimal d’effort‑rendement semble précisé par la zone où la courbe s’infléchit sur l’horizontale (qui dépend des échelles). À partir de cette zone, le nombre de fragments qu’il est nécessaire d’étudier pour obtenir une nouvelle essence est jugé trop élevé, non rentable (Chabal 1982 ; 1988).
46L’intérêt des courbes effort‑rendement serait de permettre de prévoir l’effectif optimal de l’échantillon à prélever et à étudier. Or, les paliers des courbes effort‑rendement, indépendamment de la marge un peu subjective de leur détermination, s’avèrent assez variables. Le palier peut être atteint entre 50 et 300 charbons de bois, avec une majorité de cas vers 250‑300 fragments (fig. 11). Mais une seule de ces courbes ne correspond qu’à un tirage au sort possible des fragments, que l’anthracologue prend dans une boîte lors de l’étude. Le hasard peut conduire à des tirages et à des courbes différents pour le même échantillon, suivant que les essences rares sont nombreuses au début de l’analyse, ou plutôt rencontrées à la fin (on peut simuler sur ordinateur ces tirages au hasard). Est‑ce la seule raison des variations du palier et quelle est sa valeur réelle ? Il faut à ce point noter que l’apparition des essences dépend surtout de leurs fréquences : à chaque tirage, une essence fréquente (dans l’échantillon au moment du tirage) a plus de chances d’être tirée qu’une essence rare. Étant donné qu’en outre, l’anthracologue souhaite voir se stabiliser les fréquences des essences tout autant que leur nombre, il est donc important de comprendre l’évolution des fréquences des essences lorsqu’augmente le nombre de charbons de bois analysés.

FIG. 11 – Effort‑rendement optimal de l’analyse anthracologlque : au‑delà de 250 à 400 charbons de bois, l’apport de nouvelles essences n’est plus rentable.
47L’indice de concentration de Pareto caractérise, par une expression numérique simple, l’ensemble des proportions entre essences dans un échantillon. Il est calculé graphiquement, en traçant une courbe de concentration de Gini‑Lorenz, c’est‑à‑dire le cumul des fréquences relatives des essences (classées par ordre décroissant) en fonction du rang de ces essences exprimé en pourcentage (par exemple, s’il y a vingt essences, la première représente 5 % des essences, les deux premières 10 %, les trois premières 15 %, etc.). L’indice de concentration se lit à l’intersection de la courbe avec la deuxième diagonale, et la caractérise (fig. 12). Un indice de 20/80 signifie que 20 % des essences totalisent 80 % des fréquences dans les charbons de bois.

FIG. 12 – Courbe de concentration de Pareto. L’indice de concentration qui résume le spectre des fréquences anthracologiques se lit à l’intersection de la deuxième diagonale : 20 % des essences totalisent 80 % des fréquences.
48L’indice de concentration, calculé pour dix échantillons, est corrélé au palier de la courbe effort‑rendement (fig. 13 ). Cela confirme que le palier de la courbe effort‑rendement dépend directement des proportions entre essences dans l’échantillon. On constate que cinq points sont groupés. Ils sont relatifs à l’indice de concentration 20/80 et à un nombre de charbons de bois de 250. Mais comment évolue l’indice de concentration lorsqu’on étudie un nombre croissant de charbons de bois ? Pour trois échantillons, on a calculé l’indice de concentration pour les 10 premiers charbons de bois étudiés, puis pour les 30 premiers, les 50, les 100 premiers, etc., jusqu’au total. L’indice de concentration change en fonction de l’effectif de l’échantillon (fig. 14). Pour le premier échantillon de la figure 14, l’augmentation de l’indice de concentration ne ralentit pas, ce qui signifie que la valeur de l’indice (26/74) et les proportions entre essences sont loin de se stabiliser. Pour les deux échantillons suivants, l’indice évolue jusqu’à atteindre un début de stabilisation non loin de la valeur 20/80, à partir de 200 à 300 charbons de bois. L’augmentation de l’indice signe surtout la contribution relative de plus en plus grande des essences les plus fréquentes à l’échantillon et, à un degré moindre, un ralentissement de l’apport de nouvelles essences. Les proportions ne se stabilisent complètement pour aucun des exemples.

FIG. 13 – Le palier des courbes effort‑rendement (nombre de charbons de bois pour avoir le nombre optimal d’essences) est corrélé aux fréquences des essences dans les échantillons, exprimées par l’indice de concentration de Pareto : plus la participation relative des espèces fréquentes est grande, plus il faut analyser de charbons de bois.

FIG. 14 – L’indice de concentration et donc la participation des essences fréquentes augmentent avec le nombre de charbons de bois analysés : la stabilisation des fréquences des essences se produit au‑delà de 200 ou 300 charbons de bois.
49Pouvons‑nous, à présent, déterminer quel nombre de charbons de bois il est nécessaire et suffisant de prélever et d’étudier par échantillon ? Cela dépend des fréquences relatives des essences, dans le spectre anthracologique que l’on cherche à obtenir. Si le spectre a un indice de concentration de 20/80, le nombre de charbons de bois à analyser sera d’environ 300 fragments. Si le spectre a une concentration plus forte (ex. 10/90 : quelques espèces totalisent presque toutes les fréquences), alors un nombre supérieur de fragments sera nécessaire, et inversement.
50Pour le site du Marduel, huit échantillons sur treize ont révélé un indice égal à 20/80. Les autres s’en écartent, surtout vers les faibles concentrations, mais l’un des échantillons a une forte concentration. Cependant, les indices faibles ne sont pas forcément stabilisés, car la courbe évolutive de l’indice n’a pas été tracée pour chaque cas. Nous verrons que l’indice de concentration est souvent égal à 20/80, pour des raisons écologiques (cf. infra partie I, § 3.3.3). Mais en prélevant un nombre de charbons de bois supérieur à 300, on se donne toute la sécurité pour les cas qui s’écarteraient de ce schéma. Le nombre total d’essences est assez variable selon les échantillons et les sites. Mais l’indice de concentration (stabilisé) ne dépend pas du nombre total d’essences, il dépend des fréquences relatives des essences fréquentes. Celles‑ci, dans la nature et dans les spectres anthracologiques, ne varient pas beaucoup (sous nos climats) et sinon, il s’agit de déséquilibres écologiques. Dès lors, ce palier a une signification forte.
51Au plan pratique, ce nombre de charbons de bois sera obtenu, pour une unité stratigraphique, en divisant 300, ou de préférence 400, par le nombre de carrés du quadrillage de la fouille afin de déterminer le nombre de charbons de bois nécessaire par carré. Puis l’unité stratigraphique fera l’objet de tamisages‑tests pour connaître l’abondance relative des charbons de bois, par seau de 10 litres par exemple. Le volume de sédiments à prélever dans chaque carré (dans toute l’épaisseur du niveau) sera alors calculé et légèrement majoré, par sécurité. Il sera exprimé en surface pour tous les carrés (un quart, une moitié, etc.). En général, le volume total nécessaire est d’une ou plusieurs centaines de litres, mais il dépend bien sûr de la richesse relative en charbons de bois. Il reste toujours possible de tamiser intégralement le contenu du niveau archéologique. Pour les unités stratigraphiques non étendues en plan, de type fosse par exemple, on peut adapter la méthode en remplaçant les carrés par d’autres unités (strates, etc.) ou en tamisant intégralement le volume. Mais on évitera un prélèvement localisé. Si l’unité stratigraphique, intégralement tamisée, livre un nombre de charbons de bois inférieur à 250, il pourra être étudié mais avec moins de sécurité statistique. En dessous de 150 charbons de bois, l’échantillon doit être complété par d’autres niveaux synchrones.
52Pour l’ensemble des protocoles de terrain, on se reportera à l’annexe 1.
2.4 La maille de tamisage
53La méthode d’échantillonnage présentée dans ce chapitre suppose des tamisages à la maille de 4 mm avec récupération exhaustive des fragments dans le tamis. Pourquoi avoir choisi cette maille ?
54La limite inférieure possible de l’identification taxinomique porte sur des charbons de bois de 0,5 mm de côté (Vernet et al. 1979). Mais les fragments de 0,5 à 4 mm sont considérablement plus nombreux que les fragments de plus de 4 mm. Par exemple, dans un niveau du Marduel, 20 litres de sédiments ont fourni 72 fragments supérieurs à 4 mm, et vingt à trente fois plus de fragments entre 0,5 et 4 mm, c’est‑à‑dire 95 % des fragments.
55Or, les très petits fragments posent de gros problèmes d’identification, parce qu’en général tous les caractères anatomiques de l’espèce ne s’y trouvent pas réunis. Souvent l’identification est longue, limitée au genre ou moins précise encore (par exemple, le Saule et le Peuplier peuvent être indiscernables), voire même impossible. Pour ces raisons, jusqu’à présent, même quand de très petits fragments sont étudiés, les fragments supérieurs à 4 mm sont, de fait, étudiés en priorité. Dans cette pratique, la proportion étudiée de fragments inférieurs à 4 mm est arbitraire. Elle ne peut être exhaustive, pour un volume de sédiments donné, qu’à condition d’étudier en proportion très peu de fragments supérieurs à 4 mm, c’est‑à‑dire justement ceux qui fournissent les identifications les plus précises.
56De plus, une comparaison qualitative et quantitative entre un lot de charbons de bois supérieurs à 4 mm (292 fragments) et des charbons de bois compris entre 0,5 et 4 mm (151 fragments), issus du même niveau archéologique, montre que les plus petits ne présentent pas d’originalité qualitative (dans cet exemple, outre une essence indéterminée, seul le Sapin est propre aux petits fragments, mais ailleurs, il est souvent présent dans les fragments supérieurs à 4 mm) (Chabal 1982 ; 1988). Pour sept décapages successifs du Néolithique (Cova de les Cendres, Alicante), E. Badal Garcia a comparé deux groupes à peu près égaux de charbons de bois, les uns supérieurs à 5 mm, les autres compris entre 2 et 5 mm : l’auteur constate l’absence d’originalité du contenu floristique des petits fragments à trois taxons près (deux taxons indéterminés et le Saule, mais celui‑ci n’est pas rare d’habitude dans les fragments supérieurs à 4 mm). En particulier, les ligneux riches en brindilles (Bruyère multiflore, Légumineuses, Chèvrefeuille...) sont également représentés dans les deux lots. Quant aux espèces fréquentes, les spectres obtenus avec chacune des deux fractions de taille sont pratiquement les mêmes, avec seulement quelques écarts de fréquences compris entre 5 et 10 % (Badal Garcia 1990a). Dans ces deux exemples, la petite fraction ne fournit ni plus, ni moins d’espèces, en proportion de l’effort d’analyse exprimé en nombre de fragments, que la grosse fraction et les proportions entre espèces sont conservées.
57Une autre raison condamne l’étude des petits fragments. En effet, il est démontré que les charbons de bois archéologiques suivent une loi statistique de l’état final de fragmentation (cf. infra partie I, § 3.4.3) : les charbons de bois de toutes les essences sont dans le même éventail de dimensions, aucune essence ne caractérise plutôt les gros, ou plutôt les petits fragments (Chabal 1990a). Pour cette raison, les fréquences relatives des essences, exprimées à partir de dénombrements de fragments, permettent une expression statistiquement valable et cohérente des spectres anthracologiques (cf. infra partie I, § 3.4.3). Cette loi statistique a été montrée sur des ensembles de charbons de bois d’une taille supérieure à 4 ou 5 mm de côté, obtenus par leur récupération exhaustive dans un volume de sédiments donné. En tant que processus physique, cette loi est évidemment extrapolable aux fragments plus petits. Mais, si on travaille sur un ensemble tamisé à 0,5 mm, pour pouvoir faire l’hypothèse que les charbons de bois d’un échantillon suivent la loi de fragmentation (ce qui est nécessaire si on veut que les pourcentages des espèces aient un sens), cela suppose donc d’étudier environ 95 % de très petits fragments, et seulement 5 % de fragments supérieurs à 4 mm.
58Certains anthracologues, travaillant sur des périodes préhistoriques, se fixent une maille de 3 mm : même alors, le nombre de fragments compris entre 3 et 4 mm à étudier est bien supérieur à celui des fragments supérieurs à 4 mm. En particulier, un échantillonnage a posteriori au laboratoire supposerait de conserver le ratio entre « gros » (> 4 mm) et « petits » (3 à 4 mm) fragments par un échantillonnage au hasard, ainsi que le préconise G.H. Willcox (1974). D’autre part, nous pensons que le choix de prélever à une maille fine incite à tamiser moins de sédiments dans les unités stratigraphiques, puisque le nombre de fragments nécessaire à l’expression d’un spectre cohérent est obtenu pour des volumes de sédiments beaucoup plus faibles qu’à la maille de 4 mm. Ceci est au préjudice d’une information statistique riche, en nombre d’essences en particulier.
59Ainsi, il nous paraît préférable de prélever et d’étudier seulement des charbons de bois supérieurs à 4 mm, en rappelant que :
– ils donnent les identifications les plus rapides et les plus précises ;
– leur contenu floristique ne paraît pas différent de celui des petits fragments ;
– ils donnent les mêmes proportions entre essences que les petits fragments ;
– intégralement étudiés pour un volume de sédiments donné, ils sont alors un ensemble statistiquement cohérent au regard de la fragmentation et de l’expression de pourcentages ;
– ils impliquent le tamisage de plus de sédiments pour atteindre les effectifs nécessaires, et par là le recueil d’une information plus large, en rapport avec la durée de dépôt.
60Étudier les petites fractions n’est pas impossible, dans le cas exceptionnel de charbons de bois très rares, mais alors il faut étudier une proportion de petits et de gros fragments fidèle à leurs abondances relatives respectives dans les refus de tamis.
2.5 Conclusion
61Pour restituer une information complète sur l’environnement d’un site, il faut prélever les charbons de bois provenant d’une activité domestique indifférenciée, et les recueillir dans un état de dispersion au sein des niveaux archéologiques qui garantisse l’exigence de durée de leur production. Les critères archéologiques liés à la stratigraphie et à la datation permettent de penser que la durée minimale de formation d’un dépôt de charbons de bois représentatif au plan paléoécologique est, au plus, de quelques années, peut‑être moins.
62Les concentrations et en particulier les contenus des foyers ne garantissent pas la représentativité de leur contenu au regard de la durée, c’est‑à‑dire qu’ils risquent de n’être que le reflet d’un état d’abandon, par exemple de l’activité de quelques jours. En témoigne leur contenu le plus souvent pauvre en essences. Ils ne peuvent alors pas représenter correctement l’environnement du site. Dans quelques cas, un foyer a pu accumuler les résidus de nombreux feux, mais on ne peut pas le prévoir et il faut réserver ce type de prélèvement aux fouilles ou aux périodes qui livrent peu de matériel.
63Un prélèvement rigoureux des charbons de bois dispersés au sein des niveaux d’habitat peut être effectué par quadrillage du niveau archéologique à la maille de 1 m et par échantillonnage de 300 à 400 charbons de bois dans l’ensemble de la couche archéologique, obtenus par tamisage à l’eau à 4 mm. Un prélèvement localisé, faible en quantité ou manuel (c’est‑à‑dire non tamisé) est évidemment à proscrire.
64Ainsi, un bon échantillonnage suppose, le plus souvent, le tamisage d’un gros volume de sédiments pour chaque état d’occupation daté que l’on veut étudier. En revanche, un seul de ces prélèvements, bien conduit, est parfaitement satisfaisant au plan statistique et ceci représente, tout compte fait, une économie de temps et d’énergie par rapport au prélèvement de multiples contenus de foyers, en général très peu représentatifs du bois de feu sur la durée.
Notes de bas de page
1 On utilise ici la notion d’unité stratigraphique ou Us, élément de base de la séquence stratigraphique, ainsi que celle de niveau archéologique, unité stratigraphique plus ou moins horizontale.
2 L’intervalle de confiance calculé signifie que si on parie que la « vraie » fréquence de l’essence, celle qu’elle aurait dans la population statistique complète, est dans cet intervalle, on a seulement 5 % de chances de se tromper. L’intervalle est d’autant plus grand que l’effectif de l’échantillon est faible.
3 En effet, il serait possible de démontrer que si la dispersion des fragments dans chaque seau suivait, par exemple, une loi binomiale de paramètres (n, p), où n est le nombre de charbons de bois du niveau archéologique, et p est 1 divisé par le nombre de seaux, alors plus la moyenne serait faible, plus la distribution serait surdispersée.
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