Les régions minières approvisionnant le Levant en métaux durant l´Age du Bronze et l´Antiquité sont encore méconnues (Wertime, 1973). Le cuivre provenait probablement de Chypre colonie phénicienne. Le plomb a eu vraisemblablement différentes origines au cours du temps (mines du Laurion, d’Espagne ou de Sardaigne). La source de l’étain n’est pas bien définie (Weeks, 1999; Yener et al., 1989).
Sidon est connue dans le monde méditerranéen pour sa métallurgie du bronze et du fer (Falsone, 1992; Jidejan, 1995). Toutefois il n’existe pas au Liban de ressources importantes en métaux (Dubertret, 1955) et les Sidoniens devaient se pourvoir en métaux loin de leurs bases (Baurain and Bonnet, 1992).
Dans cet article, pour pallier au manque d´artefacts métalliques et de documents écrits renseignant sur l´activité métallurgique de Sidon, nous proposons d´étudier l´impact de la métallurgie durant l´histoire du Port Antique de Sidon et les origines des métaux grâce aux concentrations et aux rapports isotopiques en plomb des sédiments (Article précédent).
Méthodes
Le plomb a déjà fait l´objet de nombreuses études paléoenvironnementales (pour une revue: Weiss et al., 1999) et archéologiques (pour une revue: Begemann et al., 1989). En effet :
Le plomb est en effet un métal lié à l’activité humaine. Le plus vieil artefact retrouvé en plomb date de 6400 av.J.-C. en Turquie (Wertime, 1973) et la rareté du plomb natif induit que des objets en plomb sont toujours associés à une activité métallurgique,
L’exploitation, l’utilisation du plomb ont varié spatialement et en terme de production au cours du temps (cf. Nriagu, 1996). Allié principalement à l’étain et au cuivre pour constituer des bronzes plombés durant l’Âge du Bronze, sa production a augmenté considérablement durant l´Antiquité où il était utilisé entre autre pour les canalisations, la pharmacopée, la vaisselle et la monnaie (Nriagu, 1996),
Les rapports des isotopes stables du plomb (m=204, 206, 207, 208) constituent des traceurs de l’activité anthropique et des sources de minerais. Le plomb possède 4 isotopes stables (204Pb,206Pb, 207Pb, 208Pb) dont les trois derniers sont radiogéniques c.à.d provenant respectivement des chaînes de désintégration radioactives de 238U, 235U et 232Th (Dickin, 1995). Durant la formation du minerai, le plomb est séparé de l’uranium et du thorium. La composition isotopique du minerai reste alors inchangé alors que la composition isotopique crustale continue d’évoluer. Ainsi le rapport 206Pb/207Pb dans les sédiments Holocène de l’Atlantique Nord sera généralement supérieur à 1,20 (Sun, 1980) alors que le plomb du minerai (dit anthropique) aura souvent un rapport moins radiogénique et variable selon l’âge et la composition initiale du minerai.
Ces variations de rapports isotopiques sont utilisées par les géochimistes pour confirmer les variations des concentrations en plomb dans les enregistrements paléoenvironnementaux tels que les glaces, les tourbes ou les lacs (Weiss et al., 1999). Ceux sont aussi ces rapports qu´étudient certains archéomêtres pour compléter les analyses pétrogéochimiques des artefacts (Nehlig, 1999). Les rapports isotopiques des artefacts métalliques comparés à ceux des principaux minerais exploités durant l’Âge du Bronze et l’Antiquité (FIGURE 1) permettent alors de suivre les métaux de leurs lieux d’extraction à leurs lieux d’utilisation (Gale and Stos-Gale, 1982).
Les objectifs en mesurant des concentrations et des rapports isotopiques dans des sédiments de ports antiques sont les suivants:
L’importance du signal anthropique permet de caractériser l’évolution de l’activité métallurgique en cas d’absence d’évidences historiques et d’artefacts ou bien dans le cas d’un site historique bien décrit, de quantifier géochimiquement, la contamination/pollution résultant de l’anthropisation. Cette quantification associé à d’autres analyses (sédimentologiques ici, palynologiques, biologiques…) illustre alors l’impact anthropique (construction du port, ateliers métallurgiques…) sur l’environnement.
En cas de contamination anthropique, il permet d’émettre des hypothèses sur la provenance du plomb utilisé, de mieux caractériser les échanges commerciaux et ainsi de mieux cerner l’évolution socio-économique du site étudié.
La préparation des échantillons a été effectuée ainsi :
Les sédiments proviennent de carottages effectués dans le cadre de [ A Christophe de remplir] (cf. Article précédent). Les sédiments ont été conservés dans des sacs plastiques ce qui les préservent d’une contamination. Chaque sous-échantillon est collecté sans prélever du sédiment des parties externes de la carotte afin de les préserver d’éventuelles contaminations. Ces fractions sont ensuite lyophilisées et broyées au mortier en agathe.
Quelques de mg de sédiment sont attaquées à chaud (120°C) dans un savilex en téflon avec un mélange HNO3 (15N), HCl (12N) et HF. Après évaporation à sec l’échantillon est repris par du HBr (0,5N). La solution est passée dans une colonne remplie de résine Ag1-X8 (100mL) afin d’extraire spécifiquement le plomb. Cette purification est réalisée deux fois. Les échantillons sont ensuite déposés sur simple filament de rhénium avec un mélange de H3PO4 et silicagel avant la détermination des rapports isotopiques du plomb par spectrométrie de masse à thermoionisation à source solide (spectromètre Finnigan MAT 262, CEREGE). Ces rapports sont corrigés du fractionnement de masse en normalisant par rapport aux valeurs du standard NBS SRM981. Les concentrations en plomb sont mesurées par dilution isotopique, c’est à dire en ajoutant une solution (spike) dont la concentration en 208Pb est connue puis en mesurant par le rapport isotopique 208Pb/206Pb obtenu (Hamelin et al., 1990).
Les concentrations mesurées dans les sédiments dépendent de la contamination anthropique mais aussi de facteurs minéralogiques et sédimentaires (flux particulaire, taux de carbonates, origine des sédiments). Dans cette étude les différents sites ne possède pas tous les éléments nécessaires pour tenir compte de ces facteurs, toutefois:
On dispose ici des taux de carbonates. Ils sont relativement constants (45-55% en poids à Sidon) et donc ils ne sont pas responsables des variations significatives des concentrations observées,
Il n´existe pas de datations 14C pour contraindre correctement les taux de sédimentation, mais des corrélations sédimentaires (cf Article précédent ? ou DEA Katja) et géochimiques (Le Roux, données personnelles) permettent d´apporter des élements de réponse concenrant ceux-ci.
2. Résultats (FIGURE 2)
Il est possible de distinguer trois phases dans l’évolution des rapports isotopiques et des concentrations en plomb. En dessous de 4m, les concentrations sont inférieures à 20ppm et le 206Pb/207Pb est de l’ordre de 1,200.
Vers 3,75m les rapports isotopiques changent (diminution du 206Pb/207Pb jusqu’à 1.190) et la concentration augmente. Ensuite et jusqu’à la fin de l’unité IV (0.83m de prof.), les rapports isotopiques sont très peu variables et les concentrations variables mais toujours supérieures à 40ppm.
Enfin le point mesuré dans la période moderne (Article précédent) indique une concentration similaire à celle mesurée dans les niveaux précédents et en revanche des rapports isotopiques différents moins radiogéniques (206Pb/207Pb=1.174).
Discussion
La base de la carotte montre des rapports isotopiques naturels avec des concentrations inférieures à 20ppm. Les rapports isotopiques changent avant les concentrations. La très faible concentration mesurée (5,5ppm) peut-être due à une variation des apports sédimentaires (incursion de ballast).
Les rapports isotopiques montrent ensuite une remarquable constance (206Pb/207Pb toujours proche de 1.190) à travers les périodes phéniciennes puis romaine. L’activité métallurgique est mise en évidence avant la mise en place du port caractérisé par un changement de dépôt (environ 4900 av. J.-C. d´après les corrélations avec la carotte BHI). Cela n’est toutefois en désaccord avec l’ensemble des données archéologiques puisqu’il existe au Sud un site chalcolithique (cf. ARTICLE PRÉC). Les concentrations varient quelque peu, en particulier lors des événements de haute énergie. Ces faibles variations sont vraisemblablement dues à la minéralogie. Il est difficile d’expliquer cette constance dans les rapports isotopiques sans imaginer une source constante dans les minerais utilisés de l’Âge du Bronze à l’Époque Romaine.
La Figure 3 montre les signatures du Pb de Sidon. Pour dissocier le plomb provenant de la métallurgie avec celui contenu naturellement dans la matrice sédimentaire, nous avons soustrait cette influence en utilisant comme naturelles les données de la base de la carotte. Les rapports isotopiques du plomb anthropique ne se situent pas dans le domaine d’une mine connue mais sont sur une droite de mélange entre les mines espagnoles de plomb du Rio Tinto et de Carthagène. Toutefois l’influence des mines sardes n’est pas impossible; les phéniciens étant aussi installés dans le Sud de la Sardaigne (Baurain and Bonnet, 1992). La signature des sédiments de Sidon n’est pas influencée par la signature du plomb des minerais de cuivre de Chypre. Or Sidon était une grande utilisatrice du cuivre chypriote (Jidejan, 1995) mais à priori le plomb contenu dans les minerais est insuffisant pour avoir un effet sur la contamination locale en plomb. A posteriori, le cuivre étant acheminé sous formes de lingots de cuivre (Stos-Gale et al., 1997) déjà purifié avec une teneur en plomb plus faible que le minerai, il est normal que la métallurgie du cuivre ait une influence négligeable sur la contamination des sédiments. De même les mines de Cuivre de Jordanie bien que placées sur la droite de mélange ne sont pas à l’origine du Pb anthropique des sédiments sidoniens. Le plomb ayant contaminé les sédiments portuaires de Sidon ont donc une origine espagnole ce qui confirme leur exploitation massive durant l´Antiquité par les phéniciens puis les romains (Nriagu, 1983).
La mesure daté de l’époque moderne (post XVIIIième siècle) montre une signature très peu radiogénique. Celle-ci est effectivement caractéristique de l’ère industrielle (Dunlap et al., 1999; Rosman et al., 2000) et peut s’expliquer par l’utilisation de minerais américains ou australiens.
.
Synthèse et perspectives
L’utilisation du plomb et de ses isotopes comme traceur de l’activité métallurgique dans un Port Antique a été montrée pour la première fois. Des contaminations due à la métallurgire locale ont été trouvées et tracées isotopiquement. Les implications archéoenvironnementales de ce travail sont importantes:
les contaminations des sédiments semblent être principalement dues à la métallurgie du Pb et non pas à celle d’autres métaux dont les minerais contiennent des traces de Pb,
ces contaminations permettent de confirmer l’occupation protohistorique de Sidon avant la mise en place du port.
le plomb utilisé à Sidon provenait des mines espagnoles.
L’étude d’une deuxième carotte de Sidon (BHI) va permettre d’apporter des réponses quand à la variation spatiale de la contamination des sédiments et donc à l’origine du Pb (aérosols, eaux). Elle permettra aussi de comparer les corrélations biosédimentologiques déjà effectuées avec les corrélations géochimiques. Des datations 14C vont être effectuées pour permettre de mieux contraindre les flux de plomb et de confirmer la contamination des sédiments par du plomb espagnol durant toute l´Antiquité.
Des études isotopiques dans les os et les dents de sépulutures seraient aussi possibles ce qui permettraient de contraindre l’impact environnemental de la métallurgie phénicienne. De telles travaux ont déjà été effectués et malgré le problème de la diagénèse des os (Budd et al., 1998), il a été montré par exemple que le Pb incorporé aux os de scandinaves médiévaux était d’origine local (Aberg et al., 1998).
Afin de valider la méthode de traçage des sources de plomb par ses isotopes et de l’utiliser dans des sites où on ne trouve pas d’artefacts, il serait nécessaire de mesurer les isotopes du plomb dans des objets ou artefacts fabriqués in situ.
Enfin les sédiments portuaires d’autres villes phéniciennes (Byblos, Beyrouth, Larnaca, Tyr) pourront être étudiés. L’analyse des sédiments chypriotes permettraient de savoir à quelle point la métallurgie du cuivre contamine les sédiments. Des différences en termes de sources et d’évolution temporelle dans les différents ports phéniciens pourraient confirmer les périodes de la domination de telle ou telle cité sur le Levant et de savoir si les modes d’approvisionnement des villes phéniciennes étaient identiques selon qu’ils s’agissent de Byblos citée comme la ville du commerce du métal (Wertime, 1973) ou Sidon ville grande productrice de bronze.
FIGURE 1 : Signatures isotopiques des principales mines dont les sidoniens auraient pu utiliser les minerais dans un diagramme (données dans Le Roux, 2001).
FIGURE 2 : Log stratigraphique et mesures des concentrations et rapports isotopiques.
FIGURE 3 : Signatures isotopiques du plomb retrouvé dans les sédiments de Sidon représentées dans un diagramme 208Pb/206Pb vs. 206Pb/207Pb + domaines des principales mines ayant pu fournir du plomb aux sidoniens.
Aberg G., Fosse G., and Stray H. (1998) Man, nutrition and mobility: A comparison of teeth and bone from the Medieval era and the present from Pb and Sr isotopes. The Science of the Total Environnment 224, 109-119.
Baurain C. and Bonnet C. (1992) Les phéniciens marins des trois continents. Armand Collin.
Begemann F., Schmitt-Strecker S., and Pernicka E. (1989) Isotopic Composition of Lead in Early Metal Artefacts, Results, Possibilities and Limitations. In Archäometallurgie der Alten Welt, Beiträge zum Internationalen Symposium "Old World Archaeomettalurgy", Heidelberg 1987 (ed. A. Hauptmann, E. Pernicka, and G. A. Wagner).
Budd P., Montgomaery J., Cox A., Krause P., Barreiro B., and Thomas R. G. (1998) The distribution of lead within ancient and modern human teeth: implications for long-term and historical exposure monitoring. The Science of The Total Environnment 220, 121-136.
Dickin A. P. (1995) Radiogenic isotope geology. Cambridge University Press.
Dubertret L. (1955) Carte géologique du Liban au 1/200000ème et notice. IGN.
Dunlap C. E., Steinnes E., and Russel Flegal A. (1999) A synthesis of lead isotopes in two millennia of European Air. Earth and Planetary Letters 167, 81-88.
Falsone G. (1992) Article: bronzes. In Dictionnaire de la civilisation phénicienne et punique (ed. E. Lipinski). Brepolis.
Gale N. H. and Stos-Gale Z. A. (1982) Bronze Age Copper Sources in the Mediterranean: A New Approach. Science 216(4541), 11-19.
Hamelin B., Grousset F., and Sholkovitz E. R. (1990) Pb isotopes in surficial pelagic sediments from the North Atlantic. Geochimica et Cosmochimica Acta 54, 37-47.
Jidejan N. (1995) Sidon à travers les âges. Librairie orientale.
Le Roux G. (2001) Caractérisation Géochimique de l´Anthropisation dans les Ports Antiques Méditerranéens. DEA, University of Aix-Marseille 1.
Nehlig P. (1999) Les outils et méthodes de la pétrogéochimie au service de l'archéologie. In La géologie, les sciences de la Terre (ed. J.-P. Bravard), pp. 168. Errance.
Nriagu J. O. (1983) Lead and Lead Poisening in Antiquity. New-York.
Nriagu J. O. (1996) A history of global metal pollution. Science 272, 223-224.
Rosman K. J. R., Ly C., Van de Velde K., and Boutron C. F. (2000) A two century record of lead isotopes in high altitude Alpine snow and ice. Earth and Planetary Letters(176), 413-424.
Stos-Gale Z. A., Maliotis G., Gale N. H., and Annetts N. (1997) Lead isotope characteristics of the Cyprus copper ore deposits applied to provenance studies of copper oxhide ingots. Archeometry 39(1), 83-123.
Sun S. S. (1980) Lead isotopic study of young volcanic rocks from mid-ocean ridges, ocean islands and islands arcs. Phil.Trans.R.Soc.Lond. A 297, 409-445.
Weeks L. (1999) Lead isotope analyses from Tell Abraq, United Arab Emirates: new data regarding the "tin problem" in Western Asia. Antiquity(73), 49-64.
Weiss D., Shotyk W., and Kempf O. (1999) Archives of Atmospheric Lead Pollution. Natur Wissenschaften(86), 262-275.
Wertime T. A. (1973) The Beginnings of Metallurgy: A New Look. Science 182(4115), 875-887.
Yener K. A., Özbal H., Kaptan E., Pehlivan A. N., and Goodway M. (1989) Kestel: An early Bronze Age Source of Tin Ore in the Taurus Mountains, Turkey. Science 244, 200-202.
home