A Multi-scale Study of Ancient Ceramics Using a Series of Analytical Techniques

par Tian Wang

Thèse de doctorat en Physique de la Matière

Sous la direction de Philippe Sciau.

Soutenue le 14-12-2016

à Toulouse, INSA , dans le cadre de Sciences de la Matière , en partenariat avec Centre d'Elaboration des Matériaux et d'Etudes Structurales (laboratoire) et de Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales / CEMES (laboratoire) .

Le président du jury était Philippe Goudeau.

Le jury était composé de Philippe Sciau, Anne Bouquillon, Cecile Jubier-Galinier, Josep Roque rosell, Isabelle Malfant.

Les rapporteurs étaient Philippe Goudeau, Anne Bouquillon.

  • Titre traduit

    Une étude multi-échelle de céramiques anciennes à l'aide d'une série de techniques analytiques


  • Résumé

    Les artefacts en céramique ont une longue histoire et ont été récupérés dans presque toutes les régions du monde. La conservation n’est que rarement impactée par le milieu d’enfouissement. Donc, ils sont des matériaux idéaux pour comprendre l'histoire et la culture de homme. Les principales études archéologiques sur les céramiques anciennes concernent la provenance (datation, atelier, commerce), les matières premières (identification, origine), le processus de fabrication et l'utilisation (analyse des résidus de contenu). Mon travail porte plus précisément sur le processus de fabrication. Les principales étapes du processus de fabrication sont: la sélection des matières premières, la préparation, le façonnage, salle de bains, sur deux possibilités. Soit le vase est cuit avant l'étape de décoration, soit la décoration est appliquée sur le vase cru. Pour finir, l'ensemble est cuit. Mon objectif est d'obtenir des informations sur le procédé de fabrication en analysant la structure des céramiques anciennes, et en particulier, la structure des couches décoratives. La structure des céramiques anciennes est une structure complexe en couches avec des hétérogénéités à différentes échelles (mm à nm). Une céramique décorée est généralement composée d'une pâte et d'un revêtement, y compris de la décoration. Le revêtement peut contenir des natures différentes. L'épaisseur peut être variable de mm à nm. La couche décorative peut être une partie ou du tout la revêtement. La couche décorative peut être constitutive d'une phase vitrifiée amorphe et divers cristaux, tels que cristaux colorants, feldspath, quartz, etc., dont la taille varie de plusieurs microns à nanomètre. La description de cette structure nécessite l'analyse à haute résolution (nm) avec grande zone représentative (souvent plusieurs mm3). C’est difficile à réaliser. Dans mon travail, j'ai proposé une autre approche. L'approche est basée sur trois étapes. Premièrement, les analyses rapides (principalement microscopie optique) à faibles résolutions sont effectuées pour analyser et sélectionner la zone nécessitant une analyse à haute résolution. Ensuite, la zone sélectionnée est analysée à haute résolution par des techniques appropriées en tenant compte des informations recherchées. Troisièmement, on essaie de construire la structure de l'objet sur la base des données partielles, et d’en déduire le processus de fabrication. Je vais illustrer cette approche par trois exemples. La première concerne le pigment jaune de la terre sigillée marbrée romaine (chapitre III). Le second concerne le processus de cuisson des poteries attiques (chapitre III). Le troisième concerne les variations de couleur de la décoration bleue des porcelaines Qinghua (chapitre IV).


  • Résumé

    Ceramic artifacts have a long history and have been discovered worldwide. Their conservations are rarely impacted by the burial sites. Thus, they are ideal materials for understanding the human history and culture. The main archaeological studies concerning ancient ceramics contains provenance (dating, workshop, trade), raw materials (identification, origin), manufacturing process and utilization (analysis of content residues). For my work, I focused on the investigation of the manufacturing process. The main steps of fabrication process of ancient ceramics is composed of selection of raw materials, preparation (leaching, purification, body, glaze or slip, pigments), shaping (the plastic paste is shaped to the lathe or using the molds). Then, there are two possibilities: either the vase is fired before the decoration stage, or the decoration is applied to the raw vase. To finish, the whole is fired. My objective is to obtain information on the manufacturing process by analyzing the structure of ancient ceramics, and in particular the structure of decorative layers. The structure of ancient ceramics is complex with heterogeneities at different scales (mm to nm). A decorated ceramic generally is composed of a body and a coating, which including of the decoration. The coating could contain different natures. The thickness can be variable from mm to nm. The decorative layer can be a part of the coating or the whole coating. The decorative layer can be constituent of an amorphous vitrified phase and diverse crystals, such as colorant crystals, feldspar, quartz, etc., of which the size varies from several microns to nanometer. The description of such structure requires the analysis at high resolution (nm) with large representative zone (often, several mm3). It is difficult to realize. In my work, I proposed an alternative approach. The approach is based on three stages. Firstly, the rapid investigations (principally, optical microscopy) at low resolutions are effected to analyze and select the zone requiring analysis at high resolution. Secondly, the selected zone is analyzed at high resolution by appropriate techniques according to the information sought. Thirdly, I try to construct the structure of the object based on the partially data, and therefore deduce the manufacturing process. I will illustrate this approach through three examples. The first one concerns the yellow pigment of the Roman marbled terra sigillata (Chapter III). The second one is about the firing process of Attic potteries (Chapter III). The third one concerns the color variations of blue decoration of Qinghua porcelains (Chapter IV).


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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2016 par INSA Toulouse [diffusion/distribution] à Toulouse

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Informations

  • Sous le titre : A Multi-scale Study of Ancient Ceramics Using a Series of Analytical Techniques
  • Détails : 1 vol. (175 p.)
  • Annexes : Bibliogr. fin de chapitre
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