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Forêts et sociétés en Languedoc (Néolithique final’ Antiquité tardive)

 | 
Lucie Chabal

Partie 1. L’anthracologie, de Véchantillonnage à l’interprétation paléoécologique

Chapitre 3. Une hypothèse. La représentativité paléoécologique des charbons de bois issus du bois de feu domestique

Résumé

La représentativité des charbons de bois (correctement échantillonnés), par rapport au milieu d’approvisionnement passé, peut être argumentée par la reproductibilité des spectres de fréquences dans les niveaux synchrones d’un même site, leur richesse en essences et leur cohérence avec les communautés végétales actuelles. Les propriétés combustibles du bois éclairent pourquoi, de la végétation au bois prélevé, les choix rationnels faits par l’homme sont largement fonction de critères indépendants de la nature des essences. Du bois au charbon de bois, la question de la déformation des proportions entre essences par la réduction de masse est précisée par des combustions expérimentales. L’état de fragmentation des charbons de bois suit une loi statistique qui n’est pas fonction de l’essence et autorise le dénombrement des fragments. Le tamisage par flottation réduit les aléas de fragmentation.

Texte intégral

3.1 Les conditions

1Pour pouvoir faire l’hypothèse que les charbons de bois prélevés dans un site archéologique sont représentatifs de la liste et des proportions des essences dans la végétation passée qui environnait le site, trois conditions préalables nécessaires doivent être remplies (cf. supra partie I. § 2) :
– les charbons de bois doivent provenir du bois de feu d’utilisation domestique ;
– ils doivent être, pour chaque échantillon prélevé dans une unité stratigraphique, les résidus d’une durée d’activité suffisamment longue, ce qui suppose de ne prélever que des charbons de bois dispersés au sein des niveaux archéologiques (et non les charbons de bois concentrés, états d’abandon de foyers ou de vidanges de foyers) ;
– lorsque les deux conditions précédentes sont remplies, les charbons de bois doivent être correctement échantillonnés au sein de la totalité de l’unité stratigraphique choisie pour représenter cette durée, selon une méthode bien définie (cf. supra partie I, § 2.3.2).

3.2 L’énoncé de l’hypothèse

2L’hypothèse de représentativité paléoécologique est que le spectre de fréquences, obtenu pour des charbons de bois ainsi prélevés, exprime sous une forme transformée et synthétique la végétation boisée dans faire d’approvisionnement en bois de feu domestique, pour l’intervalle de temps représenté.

3Pour comprendre cet énoncé qui n’a rien d’évident, il convient de se pencher sur l’information qui n’est pas supposée comprise dans un spectre de fréquences. Le spectre anthracologique ne nous apprend rien sur le taux de boisement, c’est‑à‑dire sur le rapport entre les espaces boisés et les espaces nus, herbacés, cultivés ou habités. De plus, le spectre ne nous permet pas d’apprécier exactement la surface de végétation perçue, c’est‑à‑dire faire d’approvisionnement en bois, qui dépend des besoins en combustible et de l’état de la couverture boisée. En corollaire, les spectres ne nous renseignent pas directement sur la quantité absolue de boisement ligneux représenté, ni sur ses variations absolues au cours du temps. Le spectre anthracologique « mesure » seulement les proportions entre espèces ligneuses à chaque époque. Si une essence est très abondante relativement aux autres dans les charbons de bois, l’hypothèse nous dit qu’elle est très abondante relativement aux autres dans l’environnement du site (et non pas préférentiellement récoltée), mais sans que l’on sache avec certitude si cet environnement est très boisé, ou plutôt déboisé, et pour quelle surface. Nous reviendrons sur les limites de l’interprétation (cf. infra partie I, § 4).

4Avant d’argumenter les raisons de faire cette hypothèse, peut‑on dire qu’elle mérite le nom d’hypothèse ? C’est‑à‑dire, est‑elle vérifiable ou plutôt réfutable ? Toute l’activité scientifique et, en particulier, les sciences du passé ont aujourd’hui intégré les deux acquis fondamentaux de la méthode expérimentale, qui sont le contrôle des hypothèses par l’expérience, et la déduction. Historiquement, la méthode hypothético‑déductive est une imprégnation culturelle de la méthode expérimentale. Le « retour au fait » pour l’anthracologie réside dans l’organisation raisonnée des observations spatiales et temporelles : l’anthracologue rassemble les conditions d’observation des phénomènes, en choisissant les sites ou les périodes étudiées, comme l’expérimentateur de laboratoire rassemble les conditions d’apparition des phénomènes.

5L’anthracologue n’a que l’état final de la comparaison qu’il cherche à établir entre les charbons de bois et la végétation passée. Il peut analyser les processus de la combustion, une étape des transformations impliquées dans son matériel d’étude.

6En revanche, il ne peut pas, comme en palynologie, établir des « fonctions de transfert » pour relier une végétation actuelle connue à un spectre de fréquences des espèces qui en provienne (la palynologie n’a pas non plus tous les termes de la transformation, de la végétation passée aux pollens anciens retrouvés). En anthracologie, on pourrait chercher à analyser des résidus de foyers actuels dans un environnement exploité de façon traditionnelle. Mais outre les difficultés inhérentes à la nécessité de travailler sur une durée suffisante d’accumulation des résidus, chaque fois que ce travail est possible, on se trouve dans des conditions de climat, de végétation ou de comportement humain absolument non transposables à nos questionnements. Par exemple, sous climat tropical, on trouve un grand éventail d’espèces ligneuses tendant à être « moyennement représentées » (diversité élevée) dans lequel l’homme peut effectuer des choix sans compromettre ses ressources en bois de feu. En présence de quelques essences fortement dominantes, comme c’est le cas sous climat tempéré, il ne peut pas en être de même.

7Force nous est d’avoir recours à une argumentation propre, statistique et écologique, basée sur l’observation des données anthracologiques recueillies. L’hypothèse de la signification paléoécologique des échantillons est fondée sur trois arguments.

3.3 Les arguments

3.3.1 Les observations sont reproductibles

8Chaque fois que possible, on vérifie que le contenu de deux niveaux synchrones et éloignés dans l’espace d’un même site conduit à des contenus très proches (cf. supra partie I, § 2.3.2). Cela prouve non seulement que les processus physico‑chimiques, lors de la combustion du bois, des conditions de dispersion et de conservation dans les sédiments, ont été statistiquement constants pour les deux apports (dans l’exemple donné partie I, § 2.3.2, deux habitations du même village), mais aussi que les approvisionnements en bois pour les deux habitations contenaient les mêmes essences dans les mêmes proportions (ce qui implique que l’aire explorée, sur la durée, est la même quelle que soit l’habitation). On peut ainsi penser que le spectre anthracologique est une fonction de la végétation à chaque époque, ceci ne supposant rien, à ce point de l’argumentation, sur la constance de cette fonction ni sur la déformation qu’elle fait subir à l’information.

9Si les charbons de bois présents dans des niveaux de même datation provenaient non de récoltes de bois distinctes, mais d’une réserve de bois commune à toutes les habitations, il n’en resterait pas moins vrai que ce stock de bois serait une caractéristique du site et de son environnement à cette époque, accessible à nos observations. Dans tous les cas, à une variabilité près qui doit être étudiée, les observations sont reproductibles en anthracologie.

3.3.2 Les échantillons sont riches en essences

10En Europe occidentale, la richesse en essences des spectres anthracologiques et la diversité écologique dont elles témoignent, pour des périodes préhistoriques ou historiques est connue depuis longtemps. Le nombre d’essences rapporté au nombre de charbons de bois pour tous les échantillons présentés dans ce travail montre que les échantillons d’effectif suffisant atteignent souvent entre 8 et 23 essences (fig. 15). Lorsqu’on trouve moins d’essences, il s’agit d’un usage du bois très spécialisé ou d’un problème de représentativité de l’échantillon. Pour un site, une richesse cumulée de 35 espèces, quelle que soit la période, est à peu près le maximum.

FIG. 15 – Richesse en essences des échantillons de charbons de bois pour les sites étudiés : à partir de 200 charbons de bois on trouve environ 8 à 23 essences par échantillon, jusqu’à 35 par site.

11F. H. Schweingruber (1976) construit de tels nuages de points en anthracologie et trouve une progression comparable du nombre de taxons identifiés en fonction de l’effectif des échantillons.

12On ne peut pas dire que les espèces trouvées représentent la totalité des ligneux qui pouvaient être utilisés. Mais, en revanche, on peut affirmer qu’il ne pouvait pas en exister beaucoup plus, si on se base sur la flore actuelle. Aux alentours d’un site, on ne pourrait pas, actuellement, espérer trouver plus de trente à quarante espèces ligneuses, si l’on excepte les très petits ligneux (Thym, Hélianthème, etc.) sans intérêt pour le feu. Dans les charbons de bois, tous les milieux d’origine et tous les types biologiques sont représentés. Des espèces épineuses (Prunellier), ou d’assez petit calibre (Romarin, Ciste, Chèvrefeuille), ou subordonnées dans la végétation (Fusain, Sureau, Houx, Laurier, Figuier) n’étaient pas dédaignées. Quelques espèces ont pu ne jamais être récoltées, mais nous l’ignorons et ces critères, rationnels ou non, n’ont pas compromis une image floristique toujours très riche.

3.3.3 Les spectres anthracologiques ressemblent à la végétation actuelle

13Tout permet de penser que le spectre anthracologique est peu déformé par rapport à la végétation passée. La cohérence de l’anthracologie avec l’écologie actuelle est le principal argument de l’hypothèse de représentativité des spectres anthracologiques (cf. supra partie I, § 3.3). Dans l’échantillon anthracologique, la hiérarchie établie entre les taxons, des plus fréquents aux plus rares, rappelle les hiérarchies observées dans la végétation actuelle. En effet, sous climat tempéré, la masse végétale est le lieu de lois biologiques qui régissent des rapports de dominance entre espèces. Certaines seront toujours dominantes en quantité, tels les Chênes, les Pins, etc. D’autres seront toujours subordonnées, tels le Sureau, le Merisier. Ce rapport pourra varier en fonction d’événements précis. Par exemple, des essences seront favorisées par le feu relativement à d’autres (Cistes, Pins). Certaines souffriront moins d’un régime de coupes répétées que d’autres (Chêne vert par rapport au Chêne blanc), etc.

14Les diagrammes anthracologiques révèlent de telles dominances et de tels épisodes de transformation, moyennant des précautions d’interprétation. On n’enregistre jamais, dans les charbons de bois correctement échantillonnés, la dominance du Merisier ou du Sureau, par exemple. Sans qu’il s’agisse de transpositions précises, les assemblages d’espèces et leurs fréquences semblent en accord avec la phytosociologie. Ainsi, au Marduel (Gard), on voit, à l’âge du Fer, évoluer parallèlement la représentation du Quercetum ilicis (sur les collines), et du Populetum albae (dans la plaine du Gardon).

15Une vérification plus fine de l’existence d’une analogie forte entre spectres anthracologiques et spectres de végétation actuelle est possible. Au‑delà d’un simple rapport de dominance, il existe, sous nos climats, une hiérarchie de compétition et d’équilibre entre les espèces composant une communauté végétale qui règle leurs contributions relatives à la masse végétale. Ceci peut être apprécié par l’indice de concentration de Pareto (cf. supra partie I, § 2.3.2). Pareto, penseur du libéralisme économique au début du siècle, a étudié de façon mécaniste des phénomènes de régulation dans le domaine de l’économie et de la sociologie. Ainsi, la « loi de Pareto » exprime les inégalités dans un groupe humain : par exemple, « 20 % des magasins de chaussures vendent 80 % des chaussures ». La ressemblance de cette « loi du plus fort » avec certains phénomènes biologiques a intéressé les écologues travaillant sur les communautés végétales actuelles. Les inégalités entre les espèces d’une communauté végétale tendent à se stabiliser autour d’un point d’équilibre. On peut tracer une courbe de concentration de Gini‑Lorenz (Godron et al, 1971 ; Poissonet et al. 1973) en exprimant le cumul des biomasses relatives des espèces (classées par ordre décroissant) en fonction du rang des espèces : très souvent, on constate que 20 % des espèces possèdent 80 % de la biomasse végétale de la communauté, alors que 80 % des espèces se partagent les 20 % restants. L’indice de concentration de Pareto est dans ce cas de 20/80 (il se lit à l’intersection de la courbe avec la deuxième diagonale et la caractérise). Si un facteur extérieur écarte la communauté de cet équilibre, l’indice peut monter, par exemple, à 10/90 (concentration forte), mais il y a alors déséquilibre et la communauté tend spontanément à revenir à l’indice de 20/80. Ce n’est pas chaque espèce qui a la même place dans toutes les communautés végétales mais le profil général des fréquences qui est le même.

16Une telle courbe de concentration peut aussi être construite pour les fréquences des essences dans les charbons de bois (cf. supra partie I, § 2.3.2 et fig. 12). En anthracologie, ces courbes suivent très souvent la loi d’équilibre observée dans le domaine de l’écologie actuelle, caractérisée par l’indice de concentration 20/80, c’est‑à‑dire que 20 % des essences totalisent 80 % des fréquences anthracologiques (Chabal 1992). On ne peut pas être certain qu’un indice de 20/80 représente la norme d’une bonne image paléoécologique de l’environnement. Mais, parce que cette valeur est fréquemment trouvée dans les charbons de bois issus de l’activité domestique et qu’elle correspond par ailleurs à une réalité biologique, il est probable qu’elle a une signification forte.

17Il est intéressant de remarquer que des indices de concentration plus forts que 20/80 ont été trouvés dans deux cas d’utilisation de combustible à des fins non domestiques.

18● À Ensérune (Hérault) entre 300 et 275 av. J.‑C., le combustible utilisé pour l’incinération funéraire révèle onze essences pour 2 700 charbons de bois, mais 12 % seulement des essences totalisent 88 % des fréquences dans les charbons de bois (indice 12/88) (Chabal 1995).

19● À Sallèles‑d’Aude, du ier au iiie s. de n. è., les potiers utilisent au moins 30 essences (pour 5 500 charbons de bois identifiés), mais 10 % des essences représentent 90 % des fréquences (indice 10/90) (Chabal, Laubenheimer 1994 ; Chabal à paraître).

20Pour les activités non domestiques, on peut alors dire que le combustible a fait l’objet d’une légère sursélection des espèces fréquentes dans l’environnement au détriment, en biomasse, des essences plus rares. Cela provient sans doute davantage d’une organisation plus systématique dans l’exploitation du bois, pour ces activités particulières, que d’une préférence pour ces essences fréquentes. En effet, aucune sélection qualitative ne semble apparaître : les essences subordonnées ne sont pas moins nombreuses dans le combustible, on prélève seulement moins de chacune, en proportion du total. La recherche de combustible vise sans doute des masses de bois importantes en peu de temps.

21À l’opposé, la participation plus grande, en masse relative, des essences subordonnées au bois de feu domestique correspondrait à des comportements d’économie, par exemple à un ramassage du bois mort intégré aux activités quotidiennes, etc., reflétant mieux, à terme, la réalité écologique du milieu. Ainsi, la hiérarchie des espèces dans les charbons de bois issus du bois de feu domestique révèle des proportions non quelconques entre espèces dominantes et espèces subordonnées, probable reflet d’une réalité écologique. Si on tient compte de la richesse en essences trouvées, et de cette adéquation des fréquences observées aux proportions entre espèces ligneuses actuelles, les charbons de bois semblent une représentation peu déformée de la végétation passée dont ils proviennent. Si des populations avaient prélevé les espèces fortement à l’encontre de leur abondance relative dans la végétation, ceci se traduirait par une incohérence écologique à l’intérieur du diagramme ou lors de la comparaison entre les sites.

3.3.4 Cohérence paléoécologique de l’anthracologie

22Les études anthracologiques, de plus en plus nombreuses, font état de la cohérence intrinsèque des interprétations paléoécologiques, entre sites et dans le temps. Par exemple, pour deux sites préhistoriques du sud de la France, Unang (Thiébault 1983) et La Poujade (Krauss‑Marguet 1981), on constate la même évolution anthracologique attribuée successivement au réchauffement climatique puis aux transformations de la chênaie par l’homme (fig. 16). On trouvera, dans la deuxième partie de cet ouvrage, de nombreux autres exemples de convergences dans les données brutes des sites étudiés. Toutefois, remarquons que les petits décalages chronologiques ou écologiques entre les sites sont tout aussi intéressants que les ressemblances, à condition de pouvoir les expliquer. La possibilité de mettre en lumière des congruences et des différences donne tout son intérêt à l’interprétation paléoécologique.

FIG. 16 – Correspondance entre deux diagrammes anthracologiques simplifiés pour deux gisements préhistoriques du sud de la France : Unang (d’après Thiébault 1988) et La Poujade (d’après Krauss‑Marguet 1981).

3.3.5 La référence aux autres disciplines

23Peut‑on apprécier la fiabilité paléoécologique des charbons de bois en comparant les résultats de l’anthracologie à ceux d’autres disciplines paléoécologiques ? À l’échelle du réchauffement holocène et de l’évolution d’ensembles bioclimatiques, toutes les disciplines apportent des informations compatibles entre elles. Mais à l’échelle de l’environnement de l’homme et de ses transformations, les disciplines paléoécologiques perçoivent le milieu naturel à des échelles de temps et d’espace assez différentes. Elles sont aussi souvent complémentaires que congruentes, ce qui interdit des comparaisons très poussées. Les différences entre disciplines ne sont pas, dans ce cas, des divergences d’interprétation mais des réponses à des questions différentes.

24La malacologie perçoit le milieu à travers les Mollusques qui y vivent, dans le milieu uniquement local, sauf apport par des agents extérieurs. La palynologie perçoit en général surtout la végétation d’un rayon de quelques centaines de mètres autour d’un sondage, excepté si la végétation fait écran et limite ce rayon de perception. Et l’anthracologie perçoit le territoire d’approvisionnement en bois de feu d’un site, qui varie selon l’état de la couverture boisée et l’intensité de l’occupation du site.

25Alors que l’anthracologie n’enregistre que les ligneux, la palynologie perçoit aussi l’environnement herbacé et donc au total beaucoup plus d’espèces que l’anthracologie. En milieu archéologique, la palynologie donne souvent des résultats compatibles avec les charbons de bois, mais à une échelle d’espace plus locale et avec des distorsions importantes dans l’apport des pollens, en rapport avec la présence humaine. Chaque fois que l’environnement immédiat d’un site est principalement déboisé, le pourcentage de pollens d’herbacées apparaît très élevé et souvent seule la liste des ligneux est alors congruente (Bui Thi Mai 1993 ; Chabal 1993). Dans ce cas, le rayon perçu par les deux disciplines est différent, plus lointain pour l’anthracologie. Hors des sites habités, les pollens des sondages carottés nous renseignent, dans le sud de la France, sur des environnements (proximité des lagunes, dépressions ou tourbières) sensiblement différents des sites occupés par l’homme. Pour l’essentiel, les espèces ligneuses perçues par l’anthracologie se retrouvent dans les diagrammes polliniques, avec souvent des évolutions congruentes mais à une toute autre échelle de temps et peut‑être de précision (cf. infra partie II, § 4). En l’état actuel, même quand des divergences sont soulignées, les confrontations ont rarement valeur de vérification d’une discipline par l’autre.

26Cependant, on peut comparer et mettre en commun, non les résultats bruts des diverses disciplines dans un but méthodologique de vérification, mais les résultats des interprétations à des échelles de temps ou d’espace compatibles. Dans l’optique de reconstitutions paysagères par la palynologie et l’anthracologie, il sera nécessaire de faire avancer les hypothèses concernant la spatialisation précise de répartition des espèces, en fonction de leur écologie actuelle, de l’écologie et de la géographie passées des milieux en présence.

3.4 Les facteurs déformants, de la végétation au spectre anthracologique

3.4.1 Les informations disponibles

27D’après les considérations qui précèdent, c’est un ensemble de processus statistiques, suffisamment réguliers sinon constants, dûs au comportement humain, à la combustion et à d’autres facteurs, qui permet d’utiliser l’échantillon de charbons de bois en tant qu’imagé de l’environnement passé. L’anthracologue accorde surtout une signification aux variations temporelles des spectres de fréquences anthracologiques, attribuées aux modifications du milieu d’origine. Cependant, il est bien évident que chaque image est déformée, ne serait‑ce que parce que le support de l’information est plusieurs fois transformé, depuis la végétation passée jusqu’au spectre anthracologique.

28Une essence pourrait être exagérément représentée dans les charbons de bois par rapport aux autres, relativement à ce qu’elle était dans la végétation passée :
– parce qu’elle a une production en biomasse plus rapide (croissance, pouvoir de régénération) ou une production en bois mort plus rapide (élagage spontané des branches) ;
– parce qu’elle est un peu plus récoltée par l’homme (préférence, facilité de coupe, etc.) ;
– parce qu’elle donne plus de résidus imbrûlés (degré de séchage avant utilisation, caractéristique physique...) ;
– parce que ses charbons de bois résistent mieux (densité, structure du bois...), etc.

29Ces facteurs de déformation sont, rappelons‑le, globalement assez faibles puisque les spectres anthracologiques ressemblent à la végétation actuelle. Mais ils sont aussi de valeurs différentes.

30Parmi ces facteurs, certains ont pu induire des déformations assez constantes qui pourraient être chiffrées. Par exemple, la production de biomasse en fonction du temps reste une caractéristique biologique même si elle varie avec des paramètres écologiques (sol, climat, végétation environnante). En attendant un travail qui consisterait à attribuer des facteurs correctifs aux essences, en fonction de leur vitesse de croissance et de l’état supposé de la forêt (taillis, futaie), il est légitime de considérer qu’une espèce surreprésentée par rapport aux autres selon ce facteur l’est constamment dans le temps, et que ses variations relatives dans les diagrammes anthracologiques ne sont pas déformées de ce point de vue.

31D’autres facteurs, telles les motivations humaines, induisent des déformations plus difficiles à apprécier, voire variables et insaisissables, parce qu’elles obéissent à des critères multiples. Est‑ce que l’homme modifie, par la façon dont il s’approvisionne en bois, l’image des proportions entre essences telles qu’elles existent dans l’environnement ? Pour répondre partiellement, on peut analyser la valeur des propriétés combustibles du bois.

32Un autre facteur important est la combustion, étape de transformation du bois en charbons de bois résiduels. Toutes les essences brûlent‑elles de la même façon ? Leurs proportions dans les résidus imbrûlés sont‑elles modifiées par rapport à leurs proportions dans le bois mis au feu ?

33Enfin, les processus « post‑dépositionnels » induisent‑ils des modifications ultérieures des fréquences des essences ?

34Les informations dont nous disposons, pour analyser ces déformations d’origine anthropique ou physico‑chimique, sont les propriétés combustibles des essences et leur comportement au feu. De plus, l’observation des charbons de bois prélevés sur les sites donne l’état final de fragmentation, résultant de la somme des fragmentations au feu et de celles qui se sont produites ultérieurement, au sein des sédiments et lors de la fouille.

3.4.2 Propriétés combustibles du bois et comportement d’approvisionnement

35Il importe de bien distinguer deux caractéristiques combustibles, le pouvoir calorifique et le rendement calorifique.

36Généralement, on entend par « bon combustible » un bon bois de chauffage, c’est‑à‑dire une essence qui tient le feu longtemps en dégageant sa chaleur de façon soutenue et durable, tel le Chêne. Corrélativement, ce bois ne s’enflamme pas très vite et fait des flammes courtes. Mais pour un four de boulange, qui doit monter vite en température, un bois qui flambe, tel l’Aulne, ou des Genêts, de petit calibre, sont de très bons combustibles parce qu’ils s’enflamment vite et dégagent leur chaleur rapidement. Une bûche de Chêne est pour cet usage un mauvais combustible. Il s’agit là du rendement calorifique du bois qui est ce que l’on peut observer, le comportement au feu du bois sur la durée. Le rendement calorifique dépend de l’essence, de sa structure et corrélativement de sa densité (un bois peu dense brûle plus vite et dégage sa chaleur rapidement). Mais il change radicalement selon le calibre des tiges. En effet, la vitesse de combustion, comme la hauteur des flammes, est proportionnelle à l’aération du feu, donc au rapport surface/volume des tiges, c’est‑à‑dire à leur calibre. Des brindilles de Chêne brûlent beaucoup plus vite qu’une bûche d’Aulne et sont préférables à celle‑ci pour un four de boulange. D’autres critères, tels l’état refendu ou non (qui modifie, outre le calibre, la facilité d’évacuation des gaz et de l’eau) et l’état plus ou moins vert ou plus ou moins humide du bois, conditionnent aussi la vitesse de combustion.

37Le comportement au feu ne nous dit pas la quantité totale de chaleur dégagée. C’est le pouvoir calorifique (ou capacité calorifique) qui est la quantité de chaleur dégagée par unité de poids de bois. Il ne dépend pas de la forme des tiges, ni du temps que prend ce dégagement de chaleur, mais seulement du matériau combustible. Le pouvoir calorifique est un bilan énergétique, sans rapport direct avec les températures maximales atteintes, et qui doit être mesuré pour être connu.

38Le rendement calorifique dépend surtout du calibre, mais de quoi dépend le pouvoir calorifique ? Le pouvoir calorifique dépend de la constitution chimique du bois. Ainsi, un bois riche en lignine et en extraits (résines...) a un pouvoir calorifique plus élevé que celui d’un bois riche en cellulose ou en cendres (Briane, Doat 1985). Si on s’intéresse à des valeurs moyennes mesurées à taux d’humidité constant, il apparaît que les combustibles « nobles » (pétrole, charbon de bois, houille, etc.) ont un pouvoir calorifique considérablement supérieur à celui de n’importe quel bois (29 à 33 kj/g pour le charbon de bois). Ils donnent la mesure des très faibles différences de pouvoir calorifique entre essences (entre 17 et 23 kj/g) : « Le pouvoir calorifique du bois est relativement constant, quelles que soient les essences, malgré la grande variété de celles‑ci. [On constate néanmoins] la très forte influence des matières extractibles contenues dans le bois (tanins, résines, etc.) [qui] élèvent en général la chaleur de combustion des tissus lignifiés. » (Gilles et al. 1973). Les Conifères riches en résine ont ainsi un pouvoir calorifique un peu plus élevé que les feuillus. Mais chez les feuillus, le pouvoir calorifique varie très peu.

39En revanche, il n’y a aucune corrélation entre la densité du bois et son pouvoir calorifique quand celui‑ci est exprimé, comme c’est normal, en Joules/kg. Il n’en serait pas de même si le pouvoir calorifique était exprimé en Joules par unité de volume (achat du bois en volumes plutôt qu’au poids). Par exemple, on lit parfois que le Chêne, au bois dense, a un pouvoir calorifique supérieur au Peuplier, bois léger. Non seulement la densité ne permet pas de le dire, mais il se trouve que c’est l’inverse, le Peuplier dégage un peu plus de chaleur par unité de poids que le Chêne. La vitesse de combustion (rendement) et les températures obtenues ne permettent pas d’apprécier ce bilan de chaleur.

40Cependant, de nombreux auteurs se sont intéressés à la mesure du pouvoir calorifique des combustibles et il apparaît que le résultat dépend beaucoup de la teneur en humidité du matériau : du bois humide à 50 % d’humidité a un pouvoir calorifique moitié moindre que le même bois presque sec, à 10 % d’humidité (Briane, Doat 1985). En effet, en conditions naturelles de combustion, l’énergie latente nécessaire pour évaporer l’eau est autant d’énergie perdue pour l’augmentation de chaleur. Une autre constatation est la variabilité des résultats obtenus, pour une même essence, selon l’origine stationnelle du bois, sa variété, son âge, son altération, etc., tous facteurs conditionnant la chimie du bois.

41Il est clair que pour le bois, la notion de « bon » ou « mauvais » combustible ne nous indique rien concernant le pouvoir calorifique. Celui‑ci n’est pas perçu dans l’expérience commune, pour la bonne raison qu’il varie très peu selon l’essence, et qu’il est sans rapport avec d’autres propriétés beaucoup plus voyantes : l’inflammabilité, la hauteur des flammes, les températures maximales atteintes, la tenue du feu, etc., en un mot le comportement au feu. L’erreur serait de penser qu’une essence qui brûle de telle ou telle manière dégage pour cette raison plus ou moins de chaleur totale qu’une autre.

42En conclusion, le rendement calorifique dépend des essences, mais il est totalement modifié par le calibre des tiges. Le pouvoir calorifique, un peu plus élevé chez les résineux, varie très peu chez les feuillus (il n’est pas corrélé à leur densité) et il est totalement modifié par le taux d’humidité du bois.

43Les critères de préférence pour certaines essences doivent alors être revus d’après ces réalités. D’autres facteurs, non liés à la nature de l’essence, ont pu influencer de façon tout aussi rationnelle les choix dans la recherche de combustible. Un « régime d’utilisation » des essences dans chaque foyer domestique a pu exister de tout temps, en fonction de tâches quotidiennes : allumage, cuisson, fumage, etc. Mais les caractéristiques combustibles des espèces ne sont pas seules en cause pour déterminer le comportement au feu du bois. Le choix des calibres, la refente des bûches, le séchage, la taille et la composition du feu, etc. devaient intervenir davantage que la nature des essences dans ces pratiques.

3.4.3 Du bois au charbon de bois : réduction de masse et fragmentation

Deux processus physiquement associés mais non corrélés

44Avant de représenter la végétation, les proportions entre espèces dans les charbons de bois sont censées représenter leurs proportions dans le bois mis au feu. Les degrés de combustion, de fragmentation, ou de conservation des charbons de bois diffèrent‑ils selon les espèces et risquent‑ils de fausser l’image de la végétation obtenue ?

45Ces facteurs de déformation peuvent se résumer en deux paramètres distincts : la réduction de masse et la fragmentation. Ce sont deux manifestations de la combustion principalement, mais aussi d’autres contraintes mécaniques, lors de la sédimentation et de la fouille.

46La réduction de masse lors de la combustion du bois est la perte de matière sous forme d’eau, de gaz et de cendres. C’est la différence entre la masse de bois mise au feu et la masse de charbon de bois retrouvée, résidu d’une combustion incomplète (la « perte au feu » ne concerne que l’eau et les gaz). Une réduction peut se produire au‑delà de la combustion.

47La fragmentation est le processus dynamique par lequel les charbons de bois se brisent, pendant la combustion et ensuite. Mais c’est aussi le résultat de ce processus, l’état de fragmentation final observé, c’est‑à‑dire l’éventail des tailles des fragments.

  • 1 Plusieurs auteurs se sont interrogés sur la réduction de masse et sur l’état de fragmentation mais (...)

48La réduction de masse et l’état de fragmentation sont physiquement associés, simultanés, mais non corrélés dans leurs résultats1. La figure 17 représente cette absence de corrélation. En effet, l’état de fragmentation ne nous apprend a priori rien sur la réduction de masse : une bûche peut avoir subi peu de réduction de masse et révéler à l’arrivée un état de fragmentation égal à celui d’une autre bûche qui a donné la même quantité de résidus, mais s’est fortement réduite au regard de sa masse de départ. De plus, nous allons voir qu’il existe une loi de fragmentation dans un niveau archéologique et que les proportions entre petits et gros fragments ne sont pas quelconques.

FIG. 17 – La réduction de masse (du bois au charbon de bois) et la fragmentation, deux phénomènes associés mais non corrélés : une bûche peut avoir subi peu de réduction de masse et révéler à l’arrivée un état de fragmentation égal à celui d’une autre bûche qui a donné la même quantité de résidus, mais s’est beaucoup réduite au regard de sa masse de départ.

49La réduction de masse et l’état de fragmentation, non corrélés, ont aussi des implications tout à fait distinctes pour l’anthracologie.

50On peut se poser la question suivante : si le Chêne est deux fois plus abondant que l’Aulne dans cet échantillon de charbons de bois, qu’en était‑il des proportions de bois brûlées au départ ? Autrement dit, la combustion et les autres processus physico‑chimiques ont‑ils pour effet de changer les proportions entre essences, en liaison avec les caractéristiques physiques des espèces ? Ce problème concerne seulement la réduction de masse.

  • 2 Pour désigner « le fragment » (ou « le gramme de charbons de bois »), l’expression « unité de mesur (...)

51Une autre question est : cela a‑t‑il un sens au plan statistique de dire que le Chêne est deux fois plus abondant que l’Aulne dans cet échantillon de charbons de bois, sachant leurs différences d’état de fragmentation ? Ce problème concerne le choix d’une unité2 statistiquement valable pour exprimer les proportions entre espèces, indépendamment de la déformation éventuelle de ces fréquences par rapport à la réalité que l’on cherche à représenter. C’est pourquoi il concerne la fragmentation seule.

Réduction de masse en fonction de l’essence et de l’humidité du bois

52Pour calculer la réduction de masse, il est nécessaire de connaître la masse de bois mise au feu, ce qui n’est possible qu’à partir d’expérimentations sur l’actuel. Plusieurs auteurs ont effectué des combustions expérimentales pour déterminer la réduction de masse en fonction des espèces (Juneja 1975 ; Rossen, Olson 1985 ; etc.). Tous les auteurs reconnaissent ou démontrent que la réduction de masse est largement fonction des conditions de combustion, à savoir : l’intensité du feu, sa durée, la teneur en oxygène (milieu réducteur ou oxydant), le taux d’humidité du bois et de l’air, le calibre des tiges, etc. C’est pourquoi les expérimentations sont toujours effectuées en contrôlant ces paramètres en laboratoire, et sur de petits volumes de bois calibrés. En conditions de combustion fixées, certains auteurs déterminent la réduction de masse, exprimée en pourcentage de la masse de départ. Le déterminisme n’en est pas évident : par exemple, l’expérience commune montre que les bois peu denses s’enflamment plus vivement et brûlent plus vite que les bois denses, mais J. Rossen et J. Olson (1985) observent que la densité du bois n’est pas un bon indicateur pour prévoir les résultats de la carbonisation (réduction de masse et réduction de volume). En l’état actuel, ces mesures ne déterminent pas de façon univoque si la réduction de masse lors de la combustion est, ou non, fonction de l’espèce. En effet, les résultats varient avec l’auteur et avec les conditions de combustion. Il semblerait ainsi que la réduction de masse soit davantage déterminée par les conditions d’expérience que par les caractéristiques physiques des espèces.

53Des expérimentations plus récentes ont été entreprises pour analyser rigoureusement le rôle de la nature de l’essence dans la réduction de matière lors de la combustion, en annulant ou en contrôlant tous les autres paramètres (Loreau 1994). Les expériences ont été réalisées sur des bûches de volume constant, de poids et d’humidité connus, pour trois essences : deux feuillus, l’un dense (Chêne vert), l’autre peu dense (Peuplier noir) et un résineux (Épicéa de l’Himalaya). Le foyer est dans un caisson isolé, constamment pesé au cours de la combustion ce qui permet d’enregistrer la perte de poids en fonction du temps. Les températures sont suivies par quatre capteurs situés au fond du foyer, dans la cheminée, et en deux emplacements latéraux (foyer 1 et foyer 2). Les bûches sont enflammées par six, par un procédé standardisé. Le foyer est sorti du caisson lorsque la perte de matière passe au‑dessous du seuil de 1 g par 10 mn (braises). Les courbes de températures des essences brûlées seules sont un peu variables, mais en moyenne le Chêne passe par un maximum de 650 à 700 °C, le Peuplier de 800 °C, l’Épicéa de 850 °C (fig. 18). La combustion du Chêne dure beaucoup plus longtemps que celle de l’Épicéa et surtout que celle du Peuplier. Quelle que soit l’essence, la perte de masse est de 60 % dans les trente premières minutes, et ne dépasse pas 1 à 5 % à partir de 150 mn. Les masses finales de résidus carbonisés sont pesées et rapportées au poids de départ des bûches. Le taux de la réduction de masse n’est corrélé qu’aux caractéristiques d’isolation du foyer et seules les différences entre essences nous intéressent.

FIG. 18 – Évolutions des températures pour deux feuillus et un résineux brûlés seuls dans un caisson isolé, a Courbes observées pour quatre capteurs de températures, b Courbes théoriques standards. La combustion du Chêne dure beaucoup plus longtemps (d’après Loreau 1994).

54Il apparaît qu’à volume, calibre et humidité de départ égaux, un bois peu dense comme celui du Peuplier donne un peu plus de charbons de bois, en nombre de fragments et en volume total, qu’un bois dense comme celui du Chêne (mais en raison de leur plus faible densité, les résidus de Peuplier pèsent à peu près le même poids que ceux de Chêne). Ce résultat va contre l’idée reçue qu’un bois peu dense brûlerait plus complètement qu’un bois dense. Et il s’explique par la forte « aération » des bois peu denses, qui se refroidissent vite, n’entretiennent pas leur propre combustion et donc laissent plus de résidus imbrûlés. Les comparaisons entre le Chêne et l’Épicéa, le Peuplier et l’Épicéa sont trop faibles pour être prises en compte. Le Peuplier brûlé avec le Chêne en proportions 50/50 subit une réduction de volume plus forte que brûlé seul, parce que la combustion du Chêne prolonge celle du Peuplier. D’une manière générale, les effets des espèces semblent s’annuler mutuellement.

55Un facteur non lié à l’espèce, le taux d’humidité du bois, entraîne un taux de résidus plus faible. Pourquoi ? On pourrait s’attendre à ce que le bois humide « brûle mal » et donne plus de résidus. Il a effectivement un pouvoir calorifique plus faible. Il donne des températures plus faibles et le feu dure plus longtemps que pour le bois sec. Mais pour évaporer l’eau du bois lors de la combustion, il faut une énergie latente : cette énergie est trouvée dans la combustion d’une fraction du bois qui brûle complètement. C’est pourquoi le bois humide disparaît davantage au feu.

56Ces résultats de P. Loreau (1994) vont contre quelques idées reçues et précisent la complexité des facteurs non liés à la nature de l’essence. Les conditions de combustion, d’abord, sont les plus déterminantes (aération, humidité de l’air, calibre des tiges, etc.). Les bois denses donnent sans doute un peu moins de résidus que les bois légers à l’issue de la combustion, mais ces différences sont assez faibles. De plus, il existe des interactions calorifiques entre espèces : un bois dense brûlé avec un bois peu dense augmente la réduction de masse de celui‑ci. Enfin, l’humidité du bois augmente la perte de masse lors de la combustion.

Une loi statistique de fragmentation

57Les premières études anthracologiques quantitatives ont raisonné sur des pourcentages entre espèces calculés par dénombrement des fragments de chaque espèce dans chaque échantillon. Les rapports de quantités à l’intérieur d’un échantillon de charbons de bois peuvent être exprimés en masse relative (quel que soit le nombre de fragments), ou en nombre relatif de fragments (quelles que soient leurs tailles). Quelques auteurs (Castelletti 1975 ; Thinon 1979 ; 1992) pèsent les charbons de bois et expriment des proportions pondérales entre espèces, pour chaque échantillon. Pour certains auteurs (Thinon 1979), les dénombrements de fragments poseraient une difficulté du seul fait des différences de taille entre fragments. Les pourcentages pondéraux prennent‑ils mieux en compte la biomasse végétale ? Il est vrai qu’un fragment de masse 2M risque de provenir d’une biomasse végétale brûlée plus importante qu’un fragment de masse M. Seules les pesées relatives prennent en compte cette différence. Mais à l’inverse, il est clair que deux fragments risquent de témoigner d’une biomasse végétale brûlée plus importante qu’un seul fragment, quelle que soit la taille de celui‑ci. Seuls les dénombrements relatifs prennent en compte cette différence. Que les charbons de bois soient comptés ou pesés, leur représentativité en biomasse végétale n’est a priori pas meilleure, car aucune des deux unités n’intègre l’état de fragmentation.

58Des observations confirmeraient cette difficulté.

59● I. Krauss‑Marguet (1981) montre que les pourcentages en dénombrement relatif ou en masse relative ne conduisent pas toujours aux mêmes fréquences anthracologiques.

60● G. H. Willcox (1974) observe que le pourcentage de Chêne varie selon la fraction de taille des charbons de bois prise comme sous‑échantillon, pour du matériel d’Anatolie orientale.

61● L. A. Zalucha (1982) montre des variations semblables à partir de charbons du Mill Creek dans le nord‑ouest de l’Iowa : les huit taxons, répartis en quatre fractions de taille (> 6,3 mm ; 6,3‑3,3 mm ; 3,3‑1 mm ; ˂ 1 mm), y sont présents en quantités relatives différentes.

62● L. Smart et E. S. Hoffmann (1988) concluent : « This implies that we must select a range of fragments sizes to obtain a représentative charcoal assemblage. »

63Une analyse statistique de l’état de fragmentation des charbons de bois (obtenus par tamisage à la maille de 4 mm) a été réalisée en pesant les charbons de bois individuellement (à 1 mg près). La distribution du nombre de fragments par classe de masse d’amplitude 3 mg est représentée par un histogramme de fragmentation, soit toutes espèces confondues (fig. 19), soit par espèce (fig. 20). Il existe une loi statistique de fragmentation (Chabal 1982 ; 1989b ; 1990a). L’état de fragmentation des charbons archéologiques, c’est‑à‑dire l’éventail des masses individuelles des fragments, n’est pas propre à chaque essence. C’est pourquoi l’utilisation des dénombrements pour exprimer des quantités relatives est une pratique qui a un sens au plan statistique.

FIG. 19 – Existence d’une loi statistique de l’état de fragmentation des charbons de bois pour deux niveaux archéologiques, toutes essences confondues, du site du Marduel, Gard. (d’après Chabal 1990a).

FIG. 20 – Existence d’une loi statistique de l’état de fragmentation des charbons de bois pour les essences d’un niveau archéologique, à de rares aléas près (flèches), correctibles : l’éventail de taille des charbons de bois ne dépend pas de la nature des essences, elle ne dépend que de leur fréquence dans l’échantillon.

64Les différences de pourcentages des essences obtenus par la méthode des pesées ou des dénombrements traduisent, en fait, une variabilité aléatoire dans l’état de fragmentation des charbons de bois (dans les exemples cités supra, la représentation différentielle des taxons selon la taille des fragments peut aussi provenir d’un biais d’échantillonnage, avec un tri arbitraire de gros et de petits fragments).

65Les aléas de fragmentation qui affectent la loi statistique concernent symétriquement les nombres et les masses. Ils sont soit la présence de très gros fragments (en considérant les fragments un par un), soit un nombre très élevé de fragments par classe de masse (en considérant les classes de masse une par une).

66Dans l’exemple du niveau A du Marduel (fig. 20), le Peuplier est surreprésenté dans la classe 1 (donc surfragmenté) et l’Aulne est surreprésenté dans la classe 6 (donc sous‑fragmenté). Les mêmes espèces dans le niveau B ne présentent pas cette particularité, qui est donc un phénomène aléatoire dans le niveau A. Ces aléas entraînent pour ces espèces des différences importantes entre dénombrements et pesées. Ces écarts à la loi de fragmentation sont des valeurs statistiquement aberrantes qu’il est possible de corriger. Il s’agit de remplacer les valeurs aberrantes (la fréquence du Peuplier dans la classe 1 et celle de l’Aulne dans la classe 6) par une fréquence « attendue » calculée à partir de la loi de fragmentation des espèces pour les autres classes de masse. Les différences entre valeur observée et valeur corrigée sont loin d’être négligeables : elles sont de l’ordre des variations du pourcentage de l’espèce entre deux niveaux successifs. Moyennant ces corrections, dénombrements et pesées conduisent sensiblement au même résultat et la répartition des essences dans chaque classe de masse est beaucoup plus proche (fig. 21).

FIG. 21 – Proportion de chaque essence dans trois classes de masses des fragments supérieurs à 4 mm, avant et après correction par suppression des aléas de fragmentation.

67On aurait pu chercher à caractériser la loi mathématique qui ressemble le plus à la loi statistique observée. Ceci serait plus pratique mais au prix d’une perte d’information : la recherche d’une loi mathématique aurait probablement mis en évidence beaucoup plus de valeurs « excentriques » et leur suppression nous aurait éloignée de la loi réellement observée. Signalons seulement que les paramètres de position et de dispersion des lois observées, semblables pour les deux niveaux archéologiques étudiés, caractérisent probablement une même loi binomiale en i.

68En l’état actuel, dénombrer les charbons de bois paraît préférable pour des raisons pratiques (les dénombrements sont immédiats, non les pesées) et parce que les charbons de bois qui introduisent des aberrations sur les mesures en masse (quelques très gros fragments) risquent davantage d’être prélevés et étudiés, en pratique, que ceux qui influent sur les mesures en dénombrement (un trop grand nombre de petits fragments).

Implications de la loi de fragmentation et de la réduction de masse

69L’anthracologie ne rencontre que rarement de très petits ligneux comme le Thym, sans doute parce qu’ils n’avaient pas d’intérêt combustible. Mais le Romarin, les Clématites, les Cistes, les Chèvrefeuilles, les petites Bruyères, etc. sont rencontrés. Une réduction de masse qui ferait préférentiellement disparaître ces essences de faible calibre ne semble donc pas exister.

70Lors de l’échantillonnage des charbons de bois, si on ne prélève que les gros fragments dans la maille de tamisage choisie (ou pire : à la pince sur le terrain), on fausse gravement le prélèvement. En effet, la loi statistique de fragmentation implique que les plus gros fragments contiennent en priorité les espèces fréquentes de l’échantillon et, de plus, avec d’importants aléas de présence (fig. 22). Le prélèvement ou l’identification des seuls gros fragments est donc à éviter absolument, sous peine de n’avoir que les espèces fréquentes. En tamisant et en récupérant la totalité du contenu du tamis, on évite cette distorsion.

FIG. 22 – Les charbons de bois supérieurs à 4 mm ne doivent pas faire l’objet d’un prélèvement des seuls gros fragments (prélèvement à la pince, ramassage non exhaustif dans le tamis), sous peine de ne prélever que les essences fréquentes.

71De même, si quelques brisures sont faites à la fouille et au tamisage, elles font partie du processus statistique qui commence au moment de la combustion et ne nécessitent pas une prise en compte particulière ; cependant, lorsqu’on augmente trop le nombre de brisures, on diminue la richesse relative en essences de l’échantillon par rapport au nombre de fragments.

72Une autre question concerne le problème des essences qui sont peu rencontrées dans les charbons de bois par rapport aux pollens, tels le Tilleul, le Noisetier et dans une moindre mesure l’Aulne. Rien n’implique que leur perception anthracologique soit fausse. Cependant, parce que ce sont des essences qui ont pour caractéristique commune d’avoir un bois peu dense, il importe de s’interroger sur les risques d’une sous‑représentation de leurs charbons de bois. Il a été suggéré que le Tilleul pourrait se trouver en priorité dans les très petits fragments (non étudiés) du fait de la faible densité de ses charbons de bois et de sa combustion plus complète, supposées par l’auteur (Brochier 1991 : 319). Cependant, aucune essence n’est plus particulière aux très petits fragments et on n’y a jamais trouvé spécifiquement le Tilleul (cf. supra partie I, § 2.4). De toutes façons, le fait d’être seulement dans les petits fragments, pour une essence, n’est pas corrélé à sa fragilité mais à sa rareté dans l’échantillon (cf. supra). Il faut plutôt essayer de comprendre directement si cette rareté est due à la combustion, à une réduction de masse plus forte (sans rapport avec la taille des fragments). Nous avons vu que le Peuplier donne des charbons de bois plus abondants, en volume, que le Chêne, au sortir d’une combustion (cf. supra). De plus, d’autres essences au bois peu dense donnent de forts taux de charbons de bois, par exemple 24 % pour l’Aulne glutineux (Le Marduel, 500/475 av. J.‑C.) ou plus de 16 % pour le Peuplier (Le Marduel, 475/450 av. J.‑C.). Pour supposer une forte réduction de masse propre au Tilleul lors de la combustion, il faudrait envisager une explication plus complexe que son caractère peu dense. Rappelons‑nous que le bois humide donne moins de résidus carbonisés que le bois sec, à volume de départ égal, et que le Peuplier donne moins de résidus s’il est brûlé avec le Chêne. Si le Tilleul était plus souvent brûlé humide que les autres bois, ou s’il était toujours brûlé en compagnie de bois dense, on peut penser qu’il serait effectivement sous‑représenté. Mais pourquoi le Tilleul serait‑il dans ce cas et non le Peuplier ou l’Aulne ? On pourra vérifier expérimentalement si le Tilleul s’enflamme plus facilement que les autres essences à l’état humide, ce qui justifierait de ne pas le laisser sécher. Mais une autre explication serait liée à l’écologie : le Tilleul est une des rares essences au bois léger associée à la chênaie caducifoliée. Il est possible que le Tilleul ait toujours été brûlé avec des bois denses et que ces interactions calorifiques soient responsables de sa quasi‑disparition. À l’inverse, les autres bois légers, comme le Peuplier, l’Aulne, le Saule, croissant dans les mêmes milieux, seraient peut‑être brûlés ensemble et donc moins affectés par les interactions calorifiques.

Le tamisage par flottation et la fragmentation

73Trois techniques de tamisage sont utilisées sur les fouilles archéologiques. Le tamisage manuel, utilisant un jet d’eau (fig. 23a) ou, à défaut d’eau courante, une cuve d’eau (fig. 23b) donne d’excellents résultats. Il abîme peu les charbons de bois si les mottes de terre ne sont désagrégées que par l’eau.

FIG. 23 – Trois techniques de tamisage, a Tamisage à l’eau courante, au jet. b Tamisage en cuve par immersion du tamis, c Tamisage par flottation en cuve avec trois refus de tamis possibles.

74La flottation en cuve (fig. 23c) permet d’isoler sans les abîmer tous les vestiges archéologiques légers et fragiles (macrorestes végétaux carbonisés, malacofaune, etc.) et de grouper, dans une seule opération, leur prélèvement dans les mêmes sédiments. Elle permet de tamiser assez rapidement des quantités importantes de sédiments, de façon moins destructrice que les autres techniques. Elle est particulièrement utile aux fouilles extensives. Les sédiments sont placés dans un tamis unique totalement immergé à l’intérieur de la cuve. Les éléments légers sont entraînés par un mélange d’eau et d’air provenant d’un injecteur Venturi, et récupérés par débordement dans un tamis extérieur à la cuve, de maille très fine. Le refus (fraction retenue) du tamis intérieur peut, en outre, être conservé. La boue déposée au fond de la cuve est normalement vidangée en fin d’opération ; elle contient les restes non entraînés par le courant ascendant, ni retenus par le tamis intérieur. Mais elle peut être tamisée expérimentalement.

75Lors d’une opération de tamisage par flottation en cuve, trois refus de tamisage peuvent théoriquement être recueillis :
– le refus de flottation (maille 0,5 mm) est la fraction qui flotte ; exempt de sédiments fins ou grossiers, il est obtenu rapidement et facile à trier ;
– le refus de cuve est le contenu du tamis intérieur de la cuve (maille 5 mm) ; le prélèvement du refus de cuve implique, outre le nettoyage au jet du tamis intérieur après flottation, le séchage puis le tri des sédiments grossiers ;
– le refus de fond de cuve est normalement jeté mais il peut être obtenu par tamisage (maille 2 mm) de la boue déposée au fond de la cuve.

76Ce tamisage diffère‑t‑il du tamisage manuel et existe‑t‑il, comme pour celui‑ci, une loi de fragmentation dans l’échantillon ?

77Pour une unité stratigraphique de Lattara, nous avons étudié les charbons de bois de plus de 4‑5 mm pour les trois refus (tabl. ii).

78● Le refus de fond de cuve (inférieur à 5 mm) ne fournit aucune information originale (nature et fréquence des espèces) (Chabal 1989b). Son équivalent théorique dans le cas du tamisage manuel à 4‑5 mm est une fraction délibérément perdue. L’équivalent théorique du refus de tamisage manuel à la maille de 4‑5 mm est constitué par l’ensemble du refus de flottation et du refus de cuve, c’est‑à‑dire l’ensemble des fragments de plus de 4 à 5 mm de côté.

79● Le refus de cuve donne autant de charbons de bois (environ 150) que le refus de flottation. Pour des raisons d’effort‑rendement, il serait donc, la plupart du temps, impossible de se passer du refus de cuve pour obtenir les 250 à 400 charbons de bois nécessaires par échantillon.

80● À nombre de charbons de bois égal, la richesse en espèces est beaucoup plus élevée pour le refus de flottation (15 taxons identifiés) que pour le refus de cuve (8 taxons). Une seule espèce est propre au refus de cuve, alors que 8 sont propres au refus de flottation.

TABL. II – Fréquences absolues et relatives des essences, montrant les différences de contenu des trois fractions obtenues lors d’un tamisage par flottation en cuve (Us 4310, Lattes Saint‑Sauveur, Hérault).

81Les proportions entre espèces se ressemblent dans le refus de flottation et dans le refus de cuve, mais de façon très peu précise. Les différences observées (plus de 10 %) sont suffisantes pour modifier l’interprétation paléoécologique, à la précision habituellement possible. Un test de chi‑2 confirme une différence significative entre les deux ensembles. La différence de richesse en espèces des deux refus ne justifie pas, seule, ces écarts. Ces différences ne sont pas imputables à des hasards statistiques, ni à un biais d’échantillonnage puisque les deux refus proviennent des mêmes sédiments.

82On peut faire une double hypothèse pour expliquer la richesse relative en espèces du refus de flottation.
1 – Le refus de cuve a retenu les charbons de bois les plus lourds, c’est‑à‑dire les plus gros, appartenant donc aux espèces les plus fréquentes. Les espèces « rares » sont mieux représentées dans les petits charbons de bois, elles sont donc corrélativement plus légères et ont été entraînées par flottation en priorité. Ceci explique bien l’abondance en espèces dans le refus de flottation, mais si on s’en tient à cette seule hypothèse, il devrait y avoir aussi plus de fragments dans la fraction flottée que dans la fraction restée dans la cuve.
2 – Il y a eu refragmentation des charbons de bois du seul refus de cuve. Cette refragmentation n’a pas concerné le refus de flottation, parce qu’elle s’est produite après la séparation des charbons de bois en deux refus, au cours du nettoyage au jet du tamis intérieur. Elle a augmenté le nombre de fragments du refus de cuve alors que le nombre d’espèces restait, bien sûr, constant. C’est pourquoi le refus de flottation livre 15 espèces quand le refus de cuve n’en contient que 8, à nombre de fragments, finalement observés, égal.

83L’étude des histogrammes de fragmentation a permis de rechercher une loi de fragmentation (Chabal 1989b). Il ressort de cette étude que le refus de cuve présente une proportion plus faible de petits fragments que le refus de flottation. Ainsi, il est confirmé que la flottation opère en moyenne, entre les deux refus, un tri inégal fonction du poids des charbons de bois. Le refragmentation du refus de cuve par son nettoyage au jet d’eau ne suffit pas à rétablir des états de fragmentation égaux entre le refus de flottation et le refus de cuve. Mais pour le cumul du refus de flottation et du refus de cuve, la fragmentation n’est pas significativement différente entre les espèces. En joignant les deux refus, la fragmentation dans l’unité stratigraphique 4310 de Lattara est ainsi une loi statistique.

84Par rapport aux aberrations possibles de la loi de fragmentation, on a intérêt à ce qu’une refragmentation, puisqu’elle ne peut pas être évitée lors du tamisage, affecte plutôt les charbons de bois les plus gros, ce qui réduit les aléas du premier type –présence de fragment(s) particulièrement gros–, et moins les petits charbons de bois, ce qui réduit les aléas du second type – présence d’un nombre particulièrement élevé de petits fragments. C’est justement ce qui se produit dans l’opération de flottation. Ceci explique peut‑être que dans l’échantillon de Lattara aucun aléa de fragmentation important n’existe, contrairement aux échantillons du Marduel.

85Ainsi, outre ses avantages pratiques, le tamisage par flottation a deux intérêts :
– l’anthracologue identifie plus d’espèces, pour un nombre égal de fragments, que par le tamisage manuel (les refragmentations sont minimales) ;
– le risque d’aléas de fragmentation est réduit, ce qui augmente la fiabilité statistique des dénombrements ou des pesées en anthracologie, donc l’exactitude des pourcentages des essences dans les échantillons.

86En conclusion, la flottation en cuve, qui présente de multiples avantages, pratiques et théoriques, sur le tamisage manuel, est possible dans les conditions suivantes :
– le refus de cuve et le refus de flottation doivent être récupérés et cumulés lors de l’étude ;
– dans le refus de flottation, seuls les charbons de bois d’une taille supérieure à 4 mm doivent être pris en compte (par un tamisage après séchage).

Et les processus post‑dépositionnels ?

87A l’issue d’une combustion expérimentale les résidus de Peuplier (brûlé seul) sont plus abondants en volume que ceux du Chêne (Loreau 1994 ; cf. supra). Mais la faible densité, et corrélativement la fragilité des charbons de bois de Peuplier, ainsi que l’observation de l’état moins fragmenté des charbons à l’issue de la combustion, par rapport aux charbons de bois archéologiques, sont des indices qui laissent penser que lors des processus post‑dépositionnels, le taux de disparition des charbons de bois est peut‑être plus élevé pour les charbons de bois peu denses. Ceci pourrait compenser, postérieurement à la combustion, leur plus fort volume de résidus imbrûlés. Il y aurait rééquilibrage des proportions entre essences, exprimées en dénombrement relatif de fragments.

3.5 Le facteur humain

88L’anthracologie peut‑elle nous éclairer sur les modes d’approvisionnement en bois de feu domestique ?

89L’hypothèse d’options sélectives sur les essences lors de l’approvisionnement en bois de feu domestique, fonction de leurs caractéristiques physiques, est souvent considérée comme la plus plausible. Pourtant, elle ne permet en rien d’expliquer ce qui est observé.

90Les croyances attachées à l’usage du bois sont nombreuses. Par exemple, l’obtention du feu par friction, utilisant une planchette, un foret, et un archet servant à animer le foret d’un mouvement circulaire, est bien connu en ethnologie et en Préhistoire : une étude ethnologique et expérimentale montre que la plupart des ethnologues, préhistoriens, et même le grand public croient que le caractère « dur » ou « tendre » des essences utilisées pour le foret ou la planchette est essentiel au bon fonctionnement de l’outil (Collina‑Girard 1989). Non seulement l’approche expérimentale prouve qu’il n’en est rien, mais les références ethnologiques le confirment. Le choix des essences n’est pas quelconque, mais les combinaisons d’essences utilisables et utilisées dans l’environnement d’un site sont très nombreuses, et le caractère dur ou tendre du bois n’intervient nulle part (Collina‑Girard 1989).

91L’homme connaît probablement, depuis la nuit des temps, les caractéristiques combustibles et les propriétés particulières des essences. Cette connaissance a pu induire dans le quotidien un usage différentiel des essences, mais il semble qu’il faille en relativiser l’importance. En particulier, le calibre des tiges, leur état refendu, humide ou sec, qui conditionnent plus que la nature de l’essence le pouvoir et le rendement calorifiques, devaient intervenir davantage que la nature des essences dans l’usage quotidien.

92Parmi ces caractéristiques, certaines dépendent de l’espèce. En effet, il est évident que la proportion de tiges de petit calibre dans un ligneux (arbre, buisson), la teneur en eau et la vitesse de séchage sont des caractéristiques des espèces. Cependant, on peut aussi trouver dans la même espèce des brindilles ou des troncs, du bois vert ou du bois sec. Même la mauvaise réputation de certains bois comme combustible doit être nuancée : les Pins dégagent beaucoup de fumée et de suie à l’état vert, mais pratiquement pas s’ils sont bien séchés ; le Châtaignier, longtemps séché aux intempéries, ne fait pratiquement aucune étincelle ; etc. En fin de compte, des caractères de combustibilité très voisins peuvent être trouvés dans le bois d’espèces variées.

93Même s’il est bien évident que le bois n’était pas exploité de la même façon par les occupants d’une halte de chasse à l’âge du Bronze et par les habitants d’une cité romanisée, la plupart des observations laissent penser que, pendant des millénaires, les espèces ont été exploitées pour le bois de feu au prorata de leur abondance relative autour des habitats.

94Comment expliquer le grand nombre d’essences utilisées ? L’anthracologie a depuis longtemps relevé que les arbres et arbustes sont l’objet d’un élagage spontané, et que le seul élagage naturel devait fournir de très grosses quantités de bois mort (Vernet 1973a). Les arbrisseaux ou buissons, à croissance basitone* et qui ne sont pas spontanément élagués (Vernet 1974), participent néanmoins du même phénomène, du fait de leur caractère provisoire dans une dynamique forestière. Les Conifères, comme les feuillus, s’élaguent spontanément, et ces arbres souvent fragiles et moins bien enracinés que les feuillus connaissent aussi des pertes en bois sous forme de branches arrachées par le vent ou par les effets du gel, ou bien d’individus abattus avant d’avoir atteint l’âge adulte. Le bois mort présent autour de l’habitat devait n’être jamais dédaigné. Ceci explique en partie que de nombreuses espèces ligneuses de qualités combustibles très variables, croissant dans des milieux écologiques différents, aient été récoltées.

95La hache de pierre était efficace. Au Néolithique, ont été construits des villages entiers de troncs et de planches. Mais il paraît difficile de juger uniquement d’après les constructions quel effort représentait l’abattage d’un arbre. Cet effort se justifiait‑il autant lorsqu’il s’agissait de s’alimenter en bois de feu ? Les besoins en combustible n’imposaient‑ils pas en priorité la recherche de solutions économiques ? Plus tard, la hache de bronze puis surtout celle de fer ont facilité l’abattage du bois vert. Pourtant, il faut croire qu’à toutes les époques le bois mort a dû constituer au minimum une base de récolte, non sélectionnée qualitativement. À la période romaine, au Moyen Âge, on continue à trouver un très grand nombre d’essences dans le bois de feu, et non quelques‑unes comme on pourrait s’y attendre dans le cas d’une exploitation exclusive de bois vert. Encore à l’heure actuelle, dans nos campagnes, un prélèvement de bois vert n’exclut pas ce « ratissage » soigné du bois mort aux environs des habitations.

96Mais quelle était la quantité relative de chaque espèce prélevée à l’intérieur de l’aire d’exploitation du bois ?

97Dans un boisement, existe un équilibre biologique entre quelques espèces dominantes et de nombreuses espèces subordonnées. Pour les sites occupés de façon durable, l’homme n’aurait alors pas pu assurer ses besoins quotidiens en bois s’il avait négligé les espèces dominantes au profit d’espèces rares. C’est probablement pourquoi la collecte du bois reflète finalement les proportions entre espèces. Cette contrainte du milieu peut être vue sous un autre angle, comme un choix rationnel lié à l’écologie des boisements. Le choix ne porte pas alors sur les caractéristiques propres des espèces, mais sur celles des boisements, sur des critères d’abondance, de disponibilité du bois.

98Les prélèvements de bois exceptionnels, tels les sous‑produits d’un défrichement ou d’un essartage*, l’abattage d’un gros arbre appartenant à une essence rare, ou les déchets de débitage de troncs en vue de constructions, etc., que l’on peut considérer comme massifs dans l’instant, sont négligeables sur la durée. La surabondance passagère d’une essence dans le bois ramassé, qui ne reflète pas une surabondance réelle, proportionnelle, dans le paysage, ne sera pas reproduite au cours du temps et n’apparaîtra pas dans un échantillon anthracologique représentatif de la durée.

99Si des préférences pour certaines espèces, quel qu’en soit le motif, ont existé, elles n’ont pu induire leur exploitation préférentielle que dans les limites de leur abondance relative dans l’aire d’exploitation du bois. À terme, c’est cette abondance relative qui constitue une limitation naturelle à leur exploitation.

100Par exemple, que les branches feuillées d’Orme, de Peuplier, de Frêne, de Chêne, etc., émondées pour la nourriture du bétail, ou bien la Bruyère, le Buis, utilisés comme litière, soient ensuite utilisés comme combustibles, n’exclut pas que leur représentation quantitative s’inscrive précisément dans la composition de la végétation. L’émondage d’une espèce est une taille qui s’accompagne de la protection sélective de l’espèce dans l’environnement, sinon elle n’aurait qu’un temps (et elle apparaîtrait dans les charbons de bois comme une récession relative de l’espèce et non un pic de celle‑ci). La surreprésentation d’une espèce ligneuse fourragère dans des charbons de bois (correctement échantillonnés) ne doit pas alors être vue comme un artefact, mais comme l’effet de son abondance relative effective dans le paysage.

101Depuis la Préhistoire, l’homme effectue un libre choix dans l’exploitation du bois de feu. L’erreur serait de situer ce choix dans la recherche d’essences présentant telle ou telle caractéristique : elles sont aisément remplacées par d’autres. Le choix devait porter sur des critères liés au milieu. C’est sans doute pourquoi nous percevons bien cet espace et ses transformations. Le facteur humain n’est pas un obstacle à la représentativité paléoécologique des charbons de bois, il en est une garantie.

3.6 Conclusion

102L’anthracologie peut faire l’hypothèse de la représentativité paléoécologique des spectres anthracologiques par rapport à l’aire d’approvisionnement en bois, à condition que les charbons de bois proviennent des résidus du bois de feu domestique accumulés sur la durée, et soient échantillonnés selon les méthodes précédemment définies. En effet, les spectres observés sont fonction de la végétation, puisque l’observation est reproductible dans un même site. La richesse en essences et la cohérence des spectres de fréquences anthracologiques avec les milieux actuels laissent penser que peu de déformations interviennent dans cette image de la végétation passée, ce qui n’empêche pas de les étudier.

103Une analyse des facteurs possibles de déformation des fréquences des essences s’appuie sur l’observation des données anthracologiques, l’expérimentation et les propriétés combustibles des essences.

104L’analyse des propriétés combustibles du bois explique bien l’absence de discrimination importante des essences par l’homme. Les espèces de feuillus ont un pouvoir calorifique très proche, mais abaissé par l’humidité du bois. Les résineux ont un pouvoir calorifique légèrement supérieur mais ce bilan de chaleur n’est pas la part la plus perceptible de la combustion. Le rendement calorifique montre des différences entre les essences mais qui sont dépendantes du calibre et du taux d’humidité en particulier. Sans nier toute possibilité d’un choix des essences, il faut le réserver à l’usage du bois et ne pas exagérer son caractère impératif dans l’exploitation des boisements, deux questions distinctes. La recherche de combustible a dû se faire de tout temps dans les limites de l’abondance relative de chaque essence dans l’environnement.

105La réduction de masse déforme un peu les proportions entre taxons dans les charbons de bois par rapport à leurs proportions dans le bois utilisé pour le feu. Elle peut être étudiée par des expérimentations sur du bois actuel. En l’état actuel, la réduction de masse semble principalement fonction des conditions de combustion (aération, humidité) mais le caractère dense ou non du bois, l’humidité du bois et les interactions calorifiques entre espèces semblent des facteurs qui interviennent. Un bois léger comme celui du Peuplier donne plus de résidus carbonisés qu’un bois dense comme celui du Chêne, mais cette tendance est faible, et on peut penser qu’elle est compensée, d’une part par les interactions calorifiques avec les essences dont le bois est dense, et d’autre part par les processus post‑dépositionnels qui ont dû affecter en priorité les charbons de bois fragiles.

106La fragmentation, ou plutôt son résultat observé, est indépendante de la nature de l’essence. Elle suit une loi statistique dans chaque échantillon qui permet de dire que les proportions entre essences, exprimées en dénombrement relatif de fragments, ont un sens. La fragmentation est affectée d’aléas, qui peuvent être décelés. Les pourcentages des essences sont alors corrigés.

107Les fréquences relatives des taxons peuvent être estimées par des pesées aussi bien que par des dénombrements à condition que, lors de l’échantillonnage, la récupération des charbons de bois soit exhaustive pour une maille de tamis fixée (4 mm). Mais dénombrer les charbons de bois reste préférable pour des raisons pratiques et parce que les gros charbons de bois qui déforment les mesures en masse risquent davantage d’être prélevés et étudiés.

Notes

1 Plusieurs auteurs se sont interrogés sur la réduction de masse et sur l’état de fragmentation mais en les considérant à tort comme corrélées.
L. A. Zalucha (1982) a posé sur un plan théorique la question de la représentativité des charbons de bois par rapport au bois non brûlé : deux espèces ligneuses, brûlées en proportions et en conditions rigoureusement égales, risquent‑elles de donner, « l’une quelques gros charbons de bois, l’autre des milliers de petits fragments » ? Cette observation est impossible dans les sédiments archéologiques du fait d’une loi de fragmentation. Mais surtout, l’auteur souligne seulement l’état de fragmentation qui n’exprime pas le degré de la réduction de masse, simultanée. E. Bazile‑Robert (1982) effectue la combustion contrôlée de quantités égales de Buis, de Chêne pubescent et de Chêne vert, successivement et en conditions identiques. Le Buis donne beaucoup plus de fragments que les deux autres espèces. L’auteur estime que le Buis est le plus fragmenté des trois, et le Chêne pubescent serait beaucoup moins fragmenté. Pourtant, le nombre total de fragments seul n’indique pas le degré de fragmentation. Les mesures montrent d’ailleurs que le Buis donne des fragments en moyenne plus gros que ceux du Chêne pubescent, il est donc moins fragmenté que ce dernier. Si le Buis donne malgré tout un grand nombre de fragments, et en moyenne plus gros, il est clair que c’est parce que sa réduction de masse est plus faible. Le Buis est ainsi, dans cette expérience, surtout surreprésenté par rapport aux autres espèces dans les charbons de bois, en nombre de fragments et en masse totale.

2 Pour désigner « le fragment » (ou « le gramme de charbons de bois »), l’expression « unité de mesure » (Chabal 1990a) est parlante mais tout à fait impropre pour l’anthracologie puisque la quantité absolue de fragments ou de grammes ne nous intéresse pas. Celle d’unité de comparaison rend compte du fait que les dénombrements ou les pesées sont un moyen de calculer les proportions entre espèces, c’est‑à‑dire de comparer la quantité relative d’une espèce à la somme des autres. La distribution de fréquences des espèces, grandeur vectorielle, est la seule « mesure » en anthracologie, objet de l’interprétation. Le « fragment » est évidemment l’unité d’observation de l’identification taxinomique, ce n’est pas une mesure.

Table des illustrations

Légende FIG. 15 – Richesse en essences des échantillons de charbons de bois pour les sites étudiés : à partir de 200 charbons de bois on trouve environ 8 à 23 essences par échantillon, jusqu’à 35 par site.
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Légende FIG. 16 – Correspondance entre deux diagrammes anthracologiques simplifiés pour deux gisements préhistoriques du sud de la France : Unang (d’après Thiébault 1988) et La Poujade (d’après Krauss‑Marguet 1981).
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Légende FIG. 17 – La réduction de masse (du bois au charbon de bois) et la fragmentation, deux phénomènes associés mais non corrélés : une bûche peut avoir subi peu de réduction de masse et révéler à l’arrivée un état de fragmentation égal à celui d’une autre bûche qui a donné la même quantité de résidus, mais s’est beaucoup réduite au regard de sa masse de départ.
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Légende FIG. 18 – Évolutions des températures pour deux feuillus et un résineux brûlés seuls dans un caisson isolé, a Courbes observées pour quatre capteurs de températures, b Courbes théoriques standards. La combustion du Chêne dure beaucoup plus longtemps (d’après Loreau 1994).
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Légende FIG. 19 – Existence d’une loi statistique de l’état de fragmentation des charbons de bois pour deux niveaux archéologiques, toutes essences confondues, du site du Marduel, Gard. (d’après Chabal 1990a).
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Légende FIG. 20 – Existence d’une loi statistique de l’état de fragmentation des charbons de bois pour les essences d’un niveau archéologique, à de rares aléas près (flèches), correctibles : l’éventail de taille des charbons de bois ne dépend pas de la nature des essences, elle ne dépend que de leur fréquence dans l’échantillon.
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Légende FIG. 21 – Proportion de chaque essence dans trois classes de masses des fragments supérieurs à 4 mm, avant et après correction par suppression des aléas de fragmentation.
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Légende FIG. 22 – Les charbons de bois supérieurs à 4 mm ne doivent pas faire l’objet d’un prélèvement des seuls gros fragments (prélèvement à la pince, ramassage non exhaustif dans le tamis), sous peine de ne prélever que les essences fréquentes.
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Légende FIG. 23 – Trois techniques de tamisage, a Tamisage à l’eau courante, au jet. b Tamisage en cuve par immersion du tamis, c Tamisage par flottation en cuve avec trois refus de tamis possibles.
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Légende TABL. II – Fréquences absolues et relatives des essences, montrant les différences de contenu des trois fractions obtenues lors d’un tamisage par flottation en cuve (Us 4310, Lattes Saint‑Sauveur, Hérault).
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