Archéo-atmosphères terrestres : la mémoire des verres archéologiques, propriétés physico-chimiques, vésicules, gaz majeurs et gaz rares

Atmospheric gases : the archaeological glasses memory ; Physical and chemical glass properties, vesicles, major and noble gases

• Auteur / Autrice : Aurore de Bigault de Granrut
• Direction : Eric Humler
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre, Géochimie
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Verrerie antique

Verre -- Fabrication

Mots clés libres

Atmosphère

Verres archéologiques

Bulles

Gaz majeurs

Gaz rares

Vsd

Résumé

La composition chimique des atmosphères anciennes est la plupart du temps étudiée et contrainte par les enregistrements des calottes polaires. Dans cette étude, nous proposons une méthode alternative, basée sur l’analyse des gaz atmosphériques piégés dans les bulles de verres archéologiques de l’Ouest de l’Europe, datés entre le Ier siècle et aujourd’hui. En effet, des bulles sont créées lors de la fabrication des verres anciens, soit par dégazage de la pâte de verre dans le four, soit par capture de l’air ambiant, lors de la mise en forme des objets. Notre approche géochimique, met en évidence, dans un premier temps, une évolution des paramètres physico-chimiques des verres au cours du temps, pouvant être liée à une évolution des technologies verrières. Dans un second temps, l’étude de la VSD montre des distributions de tailles de bulles, bimodales pour les verres plats et unimodales dans les autres cas. Les compositions en gaz majeurs des vésicules montrent une dichotomie compositionnelle entre ces deux populations de bulles : l’une étant de type dégazage (100%CO2), l’autre étant de nature atmosphérique polluée. L’excès de CO2, dans ce dernier cas, peut être expliqué, soit par des mélanges entre des gaz polluants et atmosphériques, soit par des réactions intrabulles avec des suies capturées (observées au MEB). Afin de s’affranchir de ces réactions et d’identifier des gaz atmosphériques, on propose alors une approche isotopique des gaz rares, espèces inertes chimiquement et présentes dans l’atmosphère. Leurs rapports isotopiques mettent en évidence un enregistrement probable d’une atmosphère ancienne dans les verres.

The atmospheric components of past climatic changes are often constrained from ice records of polar ice sheets. In this study, we propose an alternative method based on analyses of atmospheric gases trapped in bubbles of archaeological glasses from the Western Europe and dated between the Ist century BC and the present. Indeed, during the shaping of ancient glasses, bubbles are created in glass paste (melting and glass-paste degassing), or from the step of glass working in open air, where the surrounding atmosphere could be trapped. In first time, our geochemical approach evidences the evolution in time of physical and chemical properties of archaeological glasses, linked with evolution of glassmaking processes. In second time, the study of VSD of these glasses show a bimodal size bubbles distribution in flat glasses and an unimodal in the other kind of glasses. Geochemical analyses of major gases included in bubbles in flat glasses, show a chemical dichotomy between two groups of bubbles, independent of chemical composition of glass paste. The smallest bubbles are exclusively composed of CO2, whereas the largest are rich in N2 (~80%), poor in CO2 (~15%), contained Ar (~1%), and sometimes O2, like-looking of an modified atmospheric composition. The excess of CO2 could be explained by mixing between atmospheric trapped gases and furnace/combustion gases, and/or chemical reaction with particular soots (observed by SEM). So, a discrimination between the contaminants and ancient atmospheric gases could be proposed using isotopic measurements of insert species like noble gases. The archaeological glasses could appears like a new complex source of archeo-climatic recording.