Les résultats présentés ici, s’inscrivent dans le cadre d'une thèse de Doctorat actuellement en préparation au Centre d'Anthropologie de l'EHESS de Toulouse. Ce travail, par l'étude des différents phénomènes d'évolution des roches siliceuses, doit permettre d’améliorer la caractérisation des artéfacts présents dans les sites du Paléolithique moyen (Paléolithique moyen : de – 250 000 à – 30 000 ans avant aujourd’hui) du Massif central et de ses bordures.
Les stigmates conséquents des phénomènes mécaniques et physico-chimiques présents à la surface des silex préhistoriques permettent de reconnaître leur origine géologique et gîtologique.
Le silex demeure la roche qui assure une des plus sûres diagnoses des mécanismes à l’origine des transformations.
Cette démarche autorise une meilleure compréhension des critères qui ont guidé les hommes préhistoriques dans le choix de leur approvisionnement. L'objectif final est la reconstitution du "domaine vital" utilisé au Pléistocène.
Le silex est le témoin privilégié de la circulation des groupes préhistoriques et de leurs rapports éventuels avec d’autres populations.

Introduction :
L’étude de la provenance des matériaux est depuis longtemps considérée comme indispensable à la connaissance des déplacements humains au Paléolithique. Après plusieurs travaux de la fin du XIXème siècle et du milieu du XXème siècle, ce n’est qu’en 1970 qu’apparaît le terme de pétroarchéologie. Cette discipline essaie à l’aide de méthodes utilisées en pétrographie cristalline et sédimentaire de répondre à de nombreux problèmes archéologiques relatifs à leur nature, leur provenance et leur utilisation.
Les premières études systématiques furent entreprises par des néolithiciens polonais et français. Parallèlement à partir des années 70, un certain nombre de travaux des paléolithiciens français s’inscrivent dans un renouveau de l’intérêt pour les matières premières.
Tous ces travaux se sont avérés essentiels pour comprendre l’évolution des silex de leur contexte sédimentaire initial à celui de leur intégration à une formation secondaire.

Ce sont ces approches associées aux travaux récents de géomorphologie et de pédologie que nous avons intégrés aux méthodes classiques d’observation et d’analyse, afin de construire une pétroarchéologie qui tienne compte des conditions de genèse et d’épigenèse de la silice.

Problème de caractérisation:
L’élément principal qui ressort de la plupart des travaux de pétroarchéologie est la difficulté d’établir des corrélations entre la pièce archéologique et l’échantillon géologique en utilisant strictement une approche pétrographique, celle-ci peut être complétée par une étude micropaléontologique qui lève les ambiguïtés chrono-stratigraphiques.
Le constat est clair : les examens pétrographiques même associés à d’autres méthodes ne répondent que partiellement à un grand nombre de questions.

On privilégie l’association de méthodes de caractérisations macroscopique, pétrographiques, géochimiques, mais elles s’avèrent insuffisantes pour obtenir une signature univoque pour tous les gîtes primaires et totalement inadéquate pour aborder la diversité des types présents dans les sources secondaires qui sont pourtant des lieux de collectes, en tous cas pour le Massif central et le sud du Bassin parisien.

La palette d’observations apparaît donc incomplète : les artéfacts ne sont considérés que comme des matériaux de synthèse, leur évolution n’est le plus souvent qu’effleurée. La majorité des travaux s’orientent vers la caractérisation géochimique des sources de silex afin de constituer des bases de données mais ces dernières sont sans liens véritables avec la réalité évolutive du silex. La description des rapports entre l’échantillons et son milieu de prélèvement est totalement absente.
Aucune étude permettant de suivre les différents transports du silex à partir du gîte primaire n’a été publié à ce jour. Pourtant cette direction nous a semblé dès le début riche d’enseignements.

Le facteur le plus important qui en découle est méthodologique, le principe initial est simple : il faut intégrer le plus d’éléments pertinents possibles ; l’interdisciplinarité au secours d’une problématique complexe. Une lecture des indices enregistrés par les silex et autres associations de minéraux siliceux, pour une utilisation pertinente des différentes approches quantitatives et qualitatives.

1. Mise au point méthodologique :
Notre approche innovante cherche à optimiser les possibilités d’une méthode conventionnelle à laquelle on intègre un historique des transformations. Comment relier des éléments qui ont une histoire géologique différente sans en tenir compte ? Comment raccorder un type prélevé dans un gîte primaire à un artéfact qui a été transformé dès le début de son extraction ?

Les silex se définissent par l’organisation de leurs composants minéraux, chimiques, micropaléontologiques et par la description d’une évolution complexe qui débute dès leur première cristallisation. Le choix de notre méthode a été guidé par le souci de mieux préciser l’emplacement des collectes et notamment sur les gîtes secondaires. Un artéfact n’est pas seulement une entité pétrographique, l’état de ses surfaces est un révélateur indispensable. Les effets de l’altération sont les témoins des rapports successifs et/ou concomitants entre la qualité variable des agents actifs (l’air et l’eau), et la composition du dépôt originel ou des formations secondaires.

La pétroarchéologie telle que nous l’entendons n’est pas seulement comparer un artéfact récolté dans un niveau archéologique (à la sédimentogenèse complexe), avec un échantillon géologique ne contenant que très peu de traces d’altérations, mais plutôt de reconnaître à la surface du premier les effets de l’ensemble des phénomènes postdiagénétiques qui l’ont affectés. L’ensemble du décryptage des stigmates de la pièce archéologique doit permettre de la replacer à une phase plus ou moins "avancée" de son épidiagenèse au sens large et par ce biais lui donner une origine non seulement stratigraphique mais surtout paléoenvironnementale.

Dans le cadre d’une problématique archéologique la recherche du gîte primaire n’est qu’incomplètement discriminante. Seule une vision globale de la chaîne évolutive, c’est à dire l’intégration de la notion "type gîtologique" autorisera sans doute une meilleure appréciation des collectes. La localisation d’un silex archéologique quoi qu’on en dise n’est tout de même que très rarement identifiable à son milieu de formation (son étage géologique), le but n’est pas d’orienter la recherche vers la seule définition de l’étage géologique mais bien de retrouver des lieux d’approvisionnements préhistoriques.

Notre approche se fonde donc sur les caractéristiques génétiques des silex et leurs modifications. Elle intègre des considérations stratigraphiques, paléogéographiques et "altérologiques". La conjonction des ensembles de caractères pertinents (état des surfaces, texture du silex), réduit considérablement la marge d’erreur.

Nous étudions les mécanismes et les processus qui transforment les phases siliceuses à basse température et ceci à partir de l’analyse des échantillons prélevés dans les différents milieux. Dans un premier temps, l’accent sera porté sur l’acquisition de données pétrographiques par l’observation à plusieurs échelles, comprenant en particulier des caractères "altérologique". La composition pétrographique résultat de la diagenèse et des processus épidiagénétiques révèle le type de milieu originel mais aussi le milieu de collecte.

Afin d’évaluer les processus de formation et de transformation des silex, nous avons distingué trois grandes phases de cette évolution. Ces stades de l’histoire du matériau peuvent être cernés en aval de la définition précise des gîtes :
- la phase prédétritique (absence d’activités mécaniques), qui correspond à toutes les modifications antérieures à la surrection définitive,
- la phase prédépositionnelle qui correspond aux activités altéro-détritiques avec ou sans transport, avec ou sans enfouissement secondaire postérieure à la mise à l’affleurement et antérieure au ramassage par l’homme préhistorique,
- la phase post-dépositionnelle qui correspond aux activités altéro-détritiques régies par la sédimentogenèse.

En résumé, l’intérêt pour les phases détritiques et le comportement face aux altérations est constant mais trop discret dans le cas des études de provenances des silex. Nous nous inscrivons en fait dans la suite logique des travaux de Masson et de Séronie-Vivien, les altérations superficielles ou plus pénétratives sont des mécanismes essentiels qui modifient les phases minérales qui composent le silex. Au vue de ces transformations complexes une approche pétroarchéologique a été adoptée. Elle s’appuie sur une plus large palette d’observations qui serviront de bases à des analyses cette fois replacées dans la chaîne évolutive et donc mieux maîtrisées.

1.1 Le recueil des données :
Le facteur le plus important de cette méthodologie est d'intégrer le plus d’éléments pertinents possibles par une lecture des indices enregistrés par les silex et autres associations siliceuses pour une utilisation pertinente des différentes approches quantitatives et qualitatives.


Figure 1 : Méthodologie

1.1.1 Nomenclature des gîtes :
Pour caractériser les types de sources, nous avons utilisé la nomenclature suivante :
- primaire : silex in situ, toujours rattachée à sa roche porteuse,
- primaire évolué : les silex détachés de leur roche porteuse mais ramassés au voisinage,
- secondaire : silex sans contact avec son encaissant d'origine; il contient des éléments provenant d'un même gîte primaire et résulte de l'action d'un ou de plusieurs mécanismes géologiques ayant affecté le gîte primaire,
- secondaire évolué : il contient des silex d’origine multiple.
Une attention toute particulière est en outre portée aux gîtes avec indice d'extraction et/ou atelier(s) de taille : ils permettent en effet de renforcer les propositions de provenance des matières retrouvées dans les sites archéologiques.

1.1.2 Définition des types :
C’est donc le processus génétique du silex (syngenèse, diagenèse ou épigenèse) qui détermine les types et les transformations secondaires (dues aux phénomènes d’altération puis altéro-détritique), qui permettent de créer des sous types que nous appelons types gîtologiques. Il peut donc exister plusieurs types gîtologiques, donc plusieurs lieux de collecte, par type génétique.


Figure 2 : Définition des types
Il convient toutefois, dans une perspective strictement archéologique, de bien faire la part des transformations post-dépositionnelles intervenues dans le site étudié car seuls les indices antérieurs ont semble-t-il plus ou moins justifié les collectes par l’homme préhistorique.

Ce protocole est possible à mettre en œuvre car la grande majorité des silex étudiés conservent des zones qui portent encore des stigmates ou des patines des phénomènes géologiques et climatiques acquis antérieurement à leur collecte. Le fait a été remarqué dans plusieurs types de remplissages (en milieu carbonaté ou volcanique) les phénomènes dus à la sédimentogenèse ne modifient pratiquement pas les stigmates prédépositionnels (antérieurs à la collecte). La patine blanche par exemple, étudiée à Payre dans l'Ardèche, ne s’installe jamais sur les néo-cortex.

Elle comporte trois étapes successives et s’applique à tous les types de silex (figure 1) :
- L’inventaire des ressources,
- L’observation de la silice à plusieurs échelles et sa description détaillée,
- Les analyses physico-chimiques.

La précision du mode de prélèvement, l’adéquation aux types de silex feront la valeur des déterminations de provenance. La discipline se construit ici, nous tachons de trouver le moyen de relier l’artéfact à un échantillon géologique. Pour cela nous devons utiliser deux protocoles différents : un pour les gîtes primaires, l’autre pour tous les types de gîtes secondaires.

1.1.3 Mode de prélèvement en gîte primaire et préparation de l'échantillonnage aux observations et aux analyses :
Un échantillonnage détaillé des affleurements est effectué, aucun gîte n’est privilégié, seuls les matériaux siliceux impropres à la taille sont exclus du protocole mais tout de même inventoriés.
Dans les formations d’origine marine ou continentale on utilise le même protocole : dans chaque horizon, on échantillonne à l’affleurement et le plus profondément possible dans la formation afin d’éviter au maximum une quelconque pollution (organique ou minérale. Les prospections entamées dans les années 1980, couvrent aujourd'hui la presque totalité de la zone d’étude, à ce jour seulement 20% des gîtes ont été échantillonnés selon nos méthodes et nous avons pour le moment exclu du protocole certains silcrètes à genèse trop complexe.

Figure 3 : Exemple de gîte primaire

1.1.4 Mode de prélèvement en gîte secondaire et préparation de l'échantillonnage aux observations et aux analyses :
Les gîtes secondaires sont échantillonnés à des distance variable du gîte primaire en fonction du contexte géologique et géomorphologique selon un axe de dispersion par les agents d’érosion.
Ce protocole est basé sur le ramassage de 50 échantillons au minimum par gîte secondaire. Nous définissons pour chacun le type de transport et le dépôt à l'origine de la formation étudiée, la position de cette dernière par rapport aux autres formations, la morphologie et les surfaces des matériaux siliceux transportés, leur histoire génétique et altéro-détritique. A ce jour, seulement 20% des gîtes secondaires ont été échantillonnés selon notre protocole. En revanche, si nombre de sources sont déjà identifiées, aucune n’était suffisamment décrite au regard de notre protocole.
Cette démarche consiste à étudier une série d’échantillons d’un même type de silex jalonnant un parcours d’épandage et d’altération à des moments différents au sein de sa chaîne évolutive. Il s’agit de constituer une série de référents complémentaires à la seule détermination pétrographique ou chimique.
Pour chaque gîte secondaire nous avons réalisé :
- un enregistrement photographique de la formation contenant des silex,
- un enregistrement photographique de la surface de chaque échantillon à différentes échelles qui constitue un référentiel « image » utile par la suite pour l’identification des surfaces néo-corticales des pièces des sites archéologiques,
- l’étude de l’état de surface donne au résultat un poids statistique qui arrive à contrebalancer le peu de surface originelle conservée par chaque objet préhistorique,
- la description des associations de stigmates et leur implantation à la surface de l’échantillon.

Pour cela nous avons divisé les surfaces en 4 zones : les sommets qui conservent le plus souvent des marques de détachements (les plus anciens), les arêtes qui sont fortement affectées par l’abrasion et toujours les plus émoussées ou plus lustrées, les surfaces planes et les surfaces concaves qui enregistrent les phénomènes abrasifs lourds.
Pour le régime altéro-détritique en contexte fluviatile, nous avons observé des rapports complexes entre détachements imputables à des chocs (perte de matière) et effacement de ces stigmates par un ensemble de phénomènes abrasifs mécaniques et chimiques. Les processus chimiques incorporent de la matière en surface par phénomène de coalescence et déterminent en partie les faciès colorés et les brillances des néo-cortex.
Tous ces caractères permettent de distinguer les modèles épidiagénétiques suivants :
- de surface,
- fluviatile ancien,
- fluviatile récent,
- fluviatile atypique,
- de colluvions...
Une étude poussée des matériaux affectés nous autorise parfois à identifier des stades au sein de chacun de ces différents régimes.

Le but est de disposer d’un référentiel suffisamment large et représentatif, pour permettre de suivre au plus prés les différentes étapes successive des transformations, et d’établir une chronologie des évènements.
Chaque état cortical bien défini représente un témoignage particulier de cette évolution. La diversité des états de surface devient une alliée indispensable dans la recherche de la provenance du silex. La "polygénie" altéro-détritique n’est pas aléatoire elle présente des associations et des successions logiques de stigmates, certes chaque bloc enregistre sa propre histoire mais chaque type d’environnement impose une série de traits communs, pour une zone géographique.
Ce type de prospections plus méthodiques qu’exhaustives nous permet d’enregistrer pour une région donnée, une partie des phénomènes qui ont affectés les silices avant leur collecte par les hommes Préhistoriques, sachant que les sites stratifiés ou de plein air conservent les surfaces prédépositionnelles. Bien sur le cas des sites de plein air est différent puisque des phénomènes détritiques plus lourds existent après l’abandon dans le site.

Ayant enregistré pour chaque gîte en position secondaire les associations de stigmates et les formes d’altération la conjonction devient possible avec les informations concernant les surfaces néo-corticales des pièces d’un outillage préhistorique examiné selon le même protocole.
Notre inventaire des sources minérales d’une région, ici le Sud-Est du Massif central, n’est pas seulement un pivot stratigraphique des matériaux siliceux.
Par l’archivage des matériaux d’une même séquence évolutive, témoignée en particulier par ces états de surface, la lithothèque devient un véritable référentiel au service de archéologues.

1.2 La mise en forme des données sous le SGBD File Maker :
Chaque échantillon étudié fait l’objet d’une saisie dans une base de données (type FileMaker Developer 6), qui autorise un traitement élaboré. Le choix des rubriques illustre une combinaison raisonnée de moyens de caractérisation.
Si la première mise au point s’est faite à partir de certains travaux antérieurs, les critères définitifs ont été définis peu à peu par l’observation des silex.

Figure 4 : Exemple de fiche sous FileMaker 6

Les différentes rubriques de saisie des valeurs pour chaque échantillon correspondent aux trois niveaux d'observation précédemment mentionnées :
- examens macro et mésoscopique (cortex, éléments figurés, matrice)
- examens au microscope optique (medulla, zones endo-corticale et corticale),
- examens au MEB (cortex, medulla, bioclastes), sur pièce brute ou sucre poli.

A partir des valeurs enregistrées à l'aide de la fiche FileMaker pour 275 enregistrements représentant plus de 400 gîtes inventoriés, une exportation de ces données a été réalisée au format .slk puis une importation a été réalisée à partir d'AcView 9. Différents choix cartographiques ont été utilisés afin d’améliorer notre connaissance des types de silex affleurant dans un secteur donné.

Par ailleurs, sous EXCEL, des tableaux croisés dynamiques ont été réalisés pour les sites de Sainte-Anne (Haute-Loire) et de Payre (Ardèche). Cette démarche, a permis de mettre en évidence les relations entre les pièces archéologiques trouvées lors des fouilles (outils préhistoriques) et les échantillons géologiques collectés par nos soins, autrement dit la reconstitution des phénomènes prédépositionnels.
Dans une seconde étape, elle a permis d'évaluer l'évolution et les déplacements de ces outils après leur abandon par l’homme préhistorique dans les sites archéologiques, baptisés phénomènes postdépositionnels.

3 Premiers résultats :

3.1 Représentations à l'échelle régionale et locale (exemple du quart sud-est du Massif central) :
Voici plusieurs représentations cartographiques produites à l'aide d'ArcView 9 soit en représentant les gîtes seuls, soit en les représentant avec d'autres données pétrographiques, cartographiques (altimétrie, formations géologiques sélectionnées et numérisées à partir des cartes scannées au 1:50 000 du BRGM).

Figure 5 : Carte des gîtes d'approvisionnement et formations géologiques numérisées à partir des fichiers SCAN50 du BRGM : région de Marvejols

Figure 6 : Carte des gîtes d'approvisionnement et formations géologiques numérisées à partir des fichiers SCAN50 du BRGM : région de Bollène
Les cartes ci-dessus autorisent la localisation des formations à silex et des gîtes échantillonnés, sur la bordure méridionale du Massif central. Nous nous attacherons à représenter non seulement les différents affleurements mais aussi l’ensemble des niveaux contenant des silex en place ou remaniés.
Dans un premier temps, il s’agit d’établir une cartographie précise des formations géologiques livrant du silex aux alentours des sites archéologiques. Il faut par la suite juxtaposer les différents résultats afin de tenter de trouver une origine aux pièces archéologiques exogènes. La prise en compte de ces dernières impose une vision élargie dépassant les limites internes du Massif central.

Figure 7 : Carte des gîtes d'approvisionnement
sur un fond de tranches d'altitude issues de la BD ALTI de l'IGN
Ce type de représentation va permettre la restitution hypothétique des voies de circulation autour et vers l’intérieur du massif. Sur cette carte nous avons représenté la totalité des gîtes enregistrés. Il faudra dans une seconde étape représenter uniquement les gîtes dont les matériaux ont été formellement identifiés sur les sites étudiés. Même si le nombre de sources reste toujours très difficile à évaluer, une caractérisation des types de silex combinée à une étude typo-technologique permet de retrouver ou non les indices d’une gestion différenciée des matières siliceuses utilisées.

Figure 8 : Carte des gîtes d'approvisionnement :
classification par types de gîtes
Cette carte est d’un intérêt primordial : elle va autoriser à l’échelle de chaque grande formation primaire la visualisation des différents types de transports ou de déplacements, à l’origine d’une partie des modifications subit par les silex.
En outre, elle permet de mettre en évidence le caractère polygénique d’un grand nombre de sources.
Le but final est de distinguer les types de gîtes et de déterminer en leur sein, pour chaque famille de silex, un ou plusieurs modèles altéro-détritiques.
Dans un premier temps nous utilisons une nomenclature générale. Il faut par la suite faire intervenir la dimension historique. Ce type de démarche va permettre d’établir des cartes de zones de collectes potentielles, par catégorie de silex (type génétique). La prise en compte des états de surface autorise une meilleure connaissance de la variabilité dynamique des ressources minérales (type gîtologique).

Figure 9 : Carte des formations géologiques des silex présents sur le site de Payre
Cette carte représente uniquement les formations géologiques porteuses des silex formellement identifiés sur le site de Payre (Ardèche). La très grande majorité des matériaux trouvés dans ce site proviennent de la zone la plus proche à vol d’oiseau (moins de 30 kilomètres). Une faible proportion doit être rattachée à une zone plus éloignée (entre 30 et 60 kilomètres voire au-delà). A ce jour, le franchissement du Rhône paraît tout à fait probable mais il n’a pas été encore formellement démontré.

Conclusion :
Les divers résultats obtenus grâce à ces outils sont significatifs, tant par la qualité des différentes localisations de gîtes que par la visualisation des rapports entre matière siliceuse et phénomènes d’érosion et de transport.
Certes le travail entrepris n’est que dans sa phase initiale, mais il offre déjà quelques axes intéressants.
Au Paléolithique moyen, dans le Massif central et sur ses bordures méridionales, la majorité des sources d’approvisionnements sont locales. Elles sont comprises dans un rayon inférieur à 30 km.
Pourtant, les études antérieures comme les nôtres mettent en évidence des liens entre les sites archéologiques et des zones lointaines (plus de 100 km).
Pour l’intérieur du massif, la rareté des éléments exogènes ne permet pas de constituer de grandes théories sur les déplacements. Mais il est difficile de voir chez les hommes fossiles du paléolithique moyen du sud du Massif central une organisation paléosocio-économique totalement autarcique ou même régionale. Ces matériaux étrangers permettent d’esquisser des voies de circulation plutôt que d’approvisionnement. Le domaine vital, dès cette époque apparaît vaste : de la Truyère à l’ouest, à la vallée du Rhône à l’est, et peut-être au-delà ; de la Grande Limagne au nord, jusqu’au domaine ardéchois.
Des liens entre le Massif central et la vallée du Rhône pourraient être établis grâce à la présence de silex barrémo-bédoulien dans les niveaux de Sainte Anne 1 et Baume Vallée (Haute Loire).

Remerciements :
Nous exprimons nos très vifs remerciements tout d’abord à J.P Raynal pour avoir initié et suivi ce travail de recherche sans jamais cesser de prodiguer conseils et soutien moral ; à R. de Bayle des Hermens, A. Debard, E. Defive et A. Quinqueton qui nous ont communiqué des observations de terrain inédites, à M.-H. Moncel pour une fructueuse collaboration à l’étude des séries ardéchoises, à M.R. Séronie-Vivien, P.Y. Demars, et F. Fröhlich qui ont accepté de confronter leurs idées aux nôtres et de s’associer à nos travaux en cours, à G. Poupeau et F.X. Le Bourdonnec qui nous ont permis d’accéder à la dimension analytique à haute résolution et avec lesquels se développe une collaboration d’ores et déjà mutuellement bénéfique et des plus conviviales.

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SURMELY F., BARRIER P., BRACCO J.P., CHARLY N., LIABEUF R., 1998 - Caractérisation des matières premières siliceuses par l'étude des microfaciès et application à la connaissance du peuplement préhistorique de l'Auvergne. Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Paris, 326, 595-601.

THARRAULT R., 2003 - Caractérisation de silex de sources géologiques du Quercy et application à la provenance des silex du site paléolithique supérieur du Cuzoul de Vers (Lot).Thèse de troisième cycle, Université Bordeaux 3 - Bordeaux 1. CRPAA. UMR CNRS 5060 IRAMAT.