Nadia Licitra, membre associé de l’UMR 8167 Orient & Méditerranée, Clément Venton, doctorant HiSoMA/Université Lyon II, thèse financée par l’Institut Français d’Archéologie Orientale

Introduction

Pour l’archéologue, l’étude des cultures constructives anciennes s’appuie tout autant sur l’analyse des techniques de construction que sur l’étude des matériaux employés. Dans la vallée du Nil, la terre a été le matériau de construction principal dès la sédentarisation des populations sur les rives du Nil et a donné lieu à plusieurs techniques constructives : torchis, bauge, brique crue et brique cuite. À partir du milieu du IV^e millénaire av. n. è., la brique crue séchée au soleil, modelée ou moulée, fait son apparition dans le territoire égyptien, alors qu’elle sera adoptée en Nubie un peu plus d’un millénaire plus tard. Depuis, ce matériau et, dans une moindre mesure la bauge, a été extensivement utilisé dans tout type de contexte architectural : domestique, religieux, militaire, funéraire, économique. Briques crues, mortiers et enduits de terre ont servi pendant plusieurs millénaires à l’érection d’une large gamme de bâtiments, de la maison unifamiliale à d’imposantes forteresses, édifices religieux et enceintes urbaines pour ne citer que quelques exemples.

Si les archéologues qui travaillent dans la vallée du Nil sont familiers de ces architectures et du matériau terre, la caractérisation de ce dernier demeure encore largement insatisfaisante et cela pour plusieurs raisons. Pendant longtemps les architectures de terre ont moins retenu l’intérêt des égyptologues et soudanologues que les architectures de pierre et, sauf quelques exceptions, les descriptions architecturales de bâtiments en briques sont souvent peu détaillées et le matériau lui‑même très rarement décrit. Pourtant, la composition d’une terre – et par conséquent ses caractéristiques – peut varier significativement d’un endroit à l’autre et la variété et variabilité de ce matériau rend difficile la généralisation de ses propriétés. Dans ce cadre, les quelques analyses réalisées jusque récemment sur des matériaux de construction archéologiques en terre de la vallée du Nil, bien que très utiles, étaient demeurées insuffisantes¹.

Au cours des dernières années, les analyses archéométriques de briques crues ont commencé à se multiplier dans différentes régions du monde. Pour la région nilotique, des analyses de laboratoire ont récemment été réalisées dans le cadre du projet ANR Nile’s Earth²(2021-2024) sur des échantillons de matériaux archéologiques en terre prélevés sur les sites de l’île de Saï et de Kerma-Doukki Gel au Soudan. Ces analyses sont en train de livrer des informations inédites³ et essentielles à une compréhension satisfaisante des matériaux de construction utilisés sur ces deux sites.

Les analyses physico-chimiques en laboratoire demandent néanmoins des moyens humains, infrastructurels et financiers qui dépassent, souvent, les possibilités d’une mission archéologique. Tout en les reconnaissant comme une étape indispensable pour la caractérisation des matériaux de construction archéologiques en terre, nous avons également, au cours du projet Nile’s Earth, exploré les possibilités offertes par d’autres types d’essais, qualitatifs, et que nous qualifions volontiers de tests « de terrain », permettant d’avoir une première appréciation des matériaux échantillonnés. Il ne s’agit pas là de proposer une alternative aux analyses de laboratoire, mais plutôt des essais complémentaires qui peuvent permettre de réduire le nombre d’échantillons – et les coûts associés – en sélectionnant en amont les plus significatifs. Ils peuvent s’avérer également utiles pour identifier sur le terrain des similarités ou correspondances avec un matériau déjà connu et étudié précédemment en laboratoire.

1. Les essais de terrain

À l’origine développés et utilisés par les géologues, ces tests qualitatifs ont été repris et adaptés à leurs besoins par les architectes spécialisés dans la construction en terre pour choisir les terres à bâtir⁴. Ils ont pour vocation première d’identifier une terre apte à la construction et sont, dans certains cas, employés pour sélectionner les échantillons avant l’envoi en laboratoire⁵.

Dès lors, notre recherche s’est concentrée sur la compréhension des possibles apports de ces différents essais de terrain à la caractérisation des matériaux de construction archéologiques en terre.

Au cours de ce travail, nous avons dû tenir compte de deux biais majeurs. Tout d’abord, dans notre démarche, nous ne cherchions pas à identifier un type de terre spécifique répondant à un cahier des charges, comme c’est le cas dans les projets de construction contemporains, mais à caractériser des matériaux de construction ayant déjà été mis en œuvre. Or, ces derniers semblent, dans la plupart des cas, avoir été remaniés, en mélangeant des types de sédiments différents et amendés avec des adjuvants.

En deuxième lieu – et cela vaut aussi pour les analyses de laboratoire –, la caractérisation des briques, mortier et enduits de terre qui peut être obtenue par des méthodes analytiques, correspondra à l’état actuel de ceux-ci et non pas à celui d’origine car des transformations sont susceptibles de s’être produites au cours du temps : les fibres végétales utilisées comme adjuvants peuvent s‘être détériorées ; la percolation des eaux de pluie ou la remontée de la nappe phréatique dans les niveaux d’enfouissement des maçonneries peuvent en avoir modifié les propriétés physico-chimiques tout comme l’érosion dans le cas de vestiges exposées aux agents atmosphériques⁶.

2. La méthodologie

Dans le cadre du projet ANR Nile’s Earth nous avons pu mener notre travail pendant trois ans (2021-2024). Notre objectif était de comprendre l’apport de chacun de ces essais (qualitatifs) dans l’analyse des matériaux de construction archéologiques vis-à-vis des résultats obtenus par des analyses de laboratoire (quantitatifs) réalisées sur les mêmes échantillons.

Pour ce faire, nous avons, dans un premier temps, procédé à l’échantillonnage de sédiments, briques crues, mortiers et enduits de terre en suivant les protocoles de prélèvement établis dans le cadre du projet. Par la suite, nous avons réalisé séparément sur nos sites d’intervention respectifs⁷, les essais de terrain selon les protocoles établis et/ou utilisés par CRAterre⁸. Cette phase d’expérimentation individuelle nous a permis de nous approprier ces protocoles et d’envisager de premières adaptations en fonction de nos observations, nos besoins spécifiques et des difficultés rencontrées. L’étape suivante a vu la réalisation d’une nouvelle série d’essais de manière conjointe dans le but de vérifier que l’exécution des protocoles était similaire. À l’issue de ce travail, nous avons sélectionné 7 essais qui nous semblent pouvoir apporter des informations utiles à la caractérisation de briques crues, mortiers et enduits de terre provenant de sites archéologiques.

La phase finale de notre recherche est en cours. Des analyses de laboratoire (granulométrie laser, tamisage par voie humide, perte au feu, pH, susceptibilité magnétique, morphoscopie des quartz, XRD, XRF) ayant été réalisées sur les même échantillons testés avec les essais de terrain, notre travail se porte actuellement sur la comparaison des résultats de nos tests avec ceux des analyses de laboratoire afin de pouvoir évaluer précisément dans quelle mesure les premiers permettent de caractériser les matériaux de construction archéologiques en terre.

3. Présentation succincte des résultats

Les 7 essais sélectionnés peuvent tous être réalisés facilement sur le terrain et avec un matériel minimal. Il est toutefois important de préciser qu’il s’agit de tests empiriques dont l’interprétation des résultats est en partie subjective car basée directement sur la perception sensorielle de l’opérateur. Les résultats peuvent donc varier plus ou moins en fonction de ce dernier, mais nous avons constaté qu’un suivi rigoureux des protocoles et une pratique prolongée permettent des comparaisons valables entre les différents échantillons d’un même site. Les tests que nous avons retenus sont les suivants : observation visuelle, test de l’odeur, test de lavage des mains, essai du cigare, test de la pastille moulée, essai de rétraction linéaire et test de la bouteille. La publication détaillée de cette recherche étant en cours, nous évoquerons ici seulement certaines de nos observations concernant l’essai du cigare et celui de la bouteille, que nous considérons particulièrement révélateurs.

3.1 L’essai du cigare

Ce test permet d’apprécier à la fois la qualité du matériau, la quantité d’eau nécessaire pour le façonner à l’état plastique ainsi que son ouvrabilité, c’est-à-dire son aptitude à être mis en œuvre.

Après avoir ajouté à l’échantillon la quantité d’eau nécessaire pour qu’il atteigne son état plastique, il est laissé reposer pendant 24 heures afin de permettre aux argiles de réagir avec l’eau. L’échantillon est ensuite modelé pour lui donner la forme d’un cylindre d’environ 3 cm de diamètre et 30 cm de longueur. Le “cigare” ainsi façonné est ensuite poussé à une vitesse constante dans le vide jusqu’à ce qu’il se casse. La longueur du morceau qui s’est détaché renseigne sur la cohésion du sédiment (fig. 1).

Figure 1 : Les principales étapes du test du cigare. © T. Joffroy.

Nous considérons cet essai comme l’un des plus importants de la série. En effet, la mise en œuvre de ce test peut être rapprochée de la fabrication des briques, des mortiers ou des enduits eux-mêmes. L’opérateur réitère le même processus que les briquetiers en ajoutant au mélange la quantité d’eau permettant de le façonner. Il est donc ainsi possible d’avoir une appréciation immédiate de la qualité du mélange, de son ouvrabilité et de la quantité d’eau nécessaire pour qu’il atteigne les états hydriques propres à la fabrication d’une brique (plastique), d’un mortier ou d’un enduit (visqueux).

Dans le protocole original utilisé par les architectes, un échantillon est considéré comme sableux lorsque la coupure se produit avant les 5 cm, limoneux entre 5 et 20 cm et argileux si au-dessus de 20 cm, ces définitions renvoyant à la fraction granulométrique qui serait dominante dans chaque cas de figure. À l’issue de notre étude, nous proposons une reformulation de ces définitions pour classer les échantillons de matériaux de construction archéologiques selon leur degré de cohésion : peu cohésif (jusqu’à 5 cm), moyennement cohésif (entre 5 et 20 cm), cohésif (entre 20 et 30 cm) et très cohésif si le cigare ne casse pas. Nous avons en effet constaté que des briques avec une dominance de la fraction grossière (que l’on aurait décrites comme “sableuses” en vertus de la grande quantité de quartz visibles à l’œil nu) pouvaient être bien plus cohésives que d’autres à l’apparence plus “limoneuse” ou “argileuse”. Cet essai permet donc d’identifier ce qui peut être défini comme un “bon mélange” où les proportions de sables, limons, argiles et la composition minéralogique⁹ sont telles qu’elles assurent une bonne cohésion de toutes les composantes granulométriques.

En utilisant ces nouvelles définitions proposées et sur la base de nos observations, un cigare peu cohésif ou moyennement cohésif sera difficile à façonner (apparition d’une fissure longitudinale et de nombreuses fissurations aux extrémités) ; un échantillon cohésif demandera une quantité d’eau importante mais sera facilement modelable une fois atteint l’état plastique, alors qu’un échantillon très cohésif nécessitera également beaucoup d’eau, mais sera collant et difficile à façonner.

Ce changement de terminologie nous semble permettre d’éviter une interprétation faussée (mais courante en archéologie) qui établit une relation directe entre la composition granulométrique d’un mélange (ou d’une brique) et sa qualité sur la base de laquelle des mélanges à prédominance argileuse seront plus cohésifs et résistants qu’un mélange à prédominance sableuse ou limoneuse. La recherche récente sur les argiles et leurs propriétés montre en effet que leur variété minéralogique détermine aussi des comportements différents¹⁰. Celles-ci, en réagissant avec l’eau, permettent de lier l’ensemble des composantes granulométriques d’une terre. Mais puisque les propriétés des argiles peuvent varier significativement, leur efficacité dépendra non seulement de leur quantité mais aussi de leur type et de leur activité. L’interprétation de l’essai du cigare devra être complétée au cas où des fibres végétales auraient été rajoutées lors de la fabrication du matériau de construction : même si elles ne sont pas conservées, leur présence est dans la plupart des cas attestée par les négatifs et les cavités qu’elles ont laissées dans les briques et les enduits notamment (fig. 2).

 

Figure 2 : À gauche : fragment d’enduit de terre rouge avec de nombreuses fibres végétales utilisées comme adjuvants encore conservées. Site d’el Deir dans l’oasis de Kharga (Égypte), © C. Venton ; à droite : vue de détail d’un fragment d’enduit de terre de la ville pharaonique de l’île de Saï (Soudan). Les fibres végétales, décomposées, ont laissé de nombreux négatifs, © Projet Nile’s Earth/SIAM/N. Licitra/ENSAG.

3.2 L’essai de la bouteille

Ce test fournit une première appréciation du squelette granulométrique des échantillons (tout du moins des fractions grossières visibles à l’œil nu) et permet d’observer le comportement en sédimentation des échantillons tout en apportant quelques informations complémentaires sur d’éventuels adjuvants et sur le gonflement des argiles. Le volume d’une bouteille est remplie d’un quart de l’échantillon et de trois quart d’eau avant d’être agitée à plusieurs reprises, puis laissée sédimenter. Des observations sont faites à 1’, 5’, 10’, 30’, 1h, 2h, 6h, 12h, 24h afin d’observer la vitesse de sédimentation des grains composant l’échantillon (fig. 3).

 

Figure 3 : Test de la bouteille, © Projet Nile’s Earth/SIAM/D. Gandreau/CRAterre.

Contrairement à une idée répandue, ce test n’est pas une granulométrie de terrain et ne permet pas de qualifier les proportions des différentes fractions de sédiment composant les échantillons (ce qui ne peut être obtenu qu’en laboratoire). Conscients de cette limite, nous considérons néanmoins cet essai très utile puisqu’il permet, en revanche, de regrouper les différents prélèvements sur la base de leur temps de sédimentation et de leur comportement, similaires lorsque les échantillons ont une composition granulométrique proche (fig. 4). Une fois les groupes établis, il est alors possible de mieux définir la stratégie de prélèvement sur le terrain ainsi que de sélectionner des échantillons à envoyer ou prioriser lors de l’analyse en laboratoire. Ces regroupements permettent également d’obtenir rapidement des informations concernant des secteurs ou constructions utilisant des terres de compositions similaires ou différentes.

Figure 4 : Test de la bouteille. Les lignes horizontales noires indiquent les temps de sédimentation des différentes composantes granulométriques des échantillons, les lignes rouges le niveau initial du sédiment, © Projet Nile’s Earth/Mission de Taposiris Magna et Plinthine/C. Venton.

Il est aussi possible, grâce à ce test, de repérer la présence d’argiles gonflantes par la constatation de la variation du niveau initial du sédiment – et par conséquent du niveau de l’eau – dans la bouteille après 24 heures (fig. 5) ainsi que la présence de certains adjuvants qui auraient échappé à l’observation visuelle tels que les fibres végétales, charbons et cendres flottant dans l’eau.

La présence d’argiles gonflantes, souvent présentes dans les sédiments nilotiques, est un renseignement précieux pour l’archéologue : leur forte réactivité à l’eau demandait en effet une grande maîtrise des processus de production et de mise en œuvre. Pour les briquetiers, cela concernait les modalités de préparation du mélange et l’utilisation des adjuvants afin d’atténuer la diminution des volumes et la fissuration lors de la phase de séchage ; pour les bâtisseurs il s’agissait d’utiliser des mises en œuvre spécifiques destinées à limiter les effets des variations de volumes engendrées par les fluctuations des taux d’humidité à l’intérieur des maçonneries.

Figure 5 : Test de la bouteille. La ligne noire indique le niveau de l’échantillon sec avant l’ajout d’eau. Le niveau atteint par celui-ci à la fin de l’essai montre la présence d’argiles gonflantes, © Projet Nile’s Earth/N. Licitra/ENSAG.

Conclusion

Il nous semble important de souligner que, sur la base des résultats obtenus au cours de notre étude¹¹, les essais de terrain sont des méthodes de recherche pertinentes et efficaces dont les apports concernent autant les aspects scientifiques que financiers.

Dans le premier domaine, les tests peuvent être utiles aux archéologues pour obtenir directement sur le terrain une première caractérisation des matériaux de construction archéologiques en terre. Ils peuvent, par ailleurs, orienter la stratégie de prélèvement en identifiant les logiques qui ont présidé au choix de la matière première utilisée dans les différentes constructions des sites fouillés ou en mettant en avant le comportement particulier d’une terre utilisée dans un usage spécifique. Pour autant, il nous semble aussi nécessaire de s’appuyer sur les données de laboratoire pour leur grande complémentarité avec les informations obtenues sur le terrain mais aussi car elles permettent une description quantitative des sédiments utilisés, tout en livrant des renseignements – ce qui serait autrement impossible – sur les types d’argiles présentes ou sur l’ensemble des minéraux constituant la matière. Dans le second domaine, les tests de terrain peuvent aboutir à une réduction du nombre d’échantillons à envoyer en laboratoire grâce à l’identification de comportement similaire à des prélèvements déjà connus et étudiés, et engendrer ainsi une réduction des coûts associés (transport et analyse).

Pour terminer, il convient de rappeler que les essais de terrain étant des tests empiriques et, dans certains cas, sensoriels, une formation appropriée et une pratique régulière sont nécessaires pour éviter des interprétations trop subjectives des résultats. À ce propos, notre recherche en cours porte aussi sur la manière de transmettre ce savoir-faire auprès des archéologues. L’organisation d’ateliers pratiques in situ lors des saisons archéologiques et de temps d’échanges et d’expérimentations entre archéologues, architectes et spécialistes de la construction en terre est l’une des possibilités qui pourrait être explorée.

Notes

[1] Pour quelques exemples : French 1981 ; French 1984 ; Morgenstein, Redmount 1998 ; Emery, Morgenstein 2007 ; Zaremba et al. 2017 ; Gatzsche et al. 2019 ; Lorenzon et al. 2020 ; Winkels 2022.

[2] Le projet Nile’s Earth (ANR-21-CE27-0019-01) a été porté par l’École Nationale Supérieure d’Architecture de Grenoble (ENSAG) en partenariat avec l’Association CRAterre, l’UMR 5189 HiSoMA, l’UMR 8167 Orient et Méditerranée, l’Institut Français d’Archéologie Orientale (Ifao), le Centre Franco-Égyptien d’Étude des Temples de Karnak (CFEETK) et la Section Française de la Direction des Antiquités du Soudan (SFDAS).

[3] La publication des résultats de ces analyses est en cours de préparation par Ninon Blond (École Normale Supérieure de Lyon, UMR 5600 EVS) et Naïs Sirdeys (Aix-Marseille Université, CNRS, IRD, INRAE, CEREGE), membres du projet Nile’s Earth. Des analyses complémentaires ont également été réalisées sur les échantillons prélevés sur le site de Plinthine. Pour leurs apports et premiers résultats obtenus voir Venton, Crépy, Redon 2023.

[4] Pour la définition de « terre à bâtir » on se référera à Aurenche 1977, p. 167-168 et Aurenche et al. 2011, p. 17-18.

[5] Houben, Guillaud 2006, p. 56-57 et 60-61.

[6] Voir à ce propos les remarques de B. Kemp (2000, p. 82-83).

[7] Nadia Licitra a traité les échantillons prélevés à Saï – avec la collaboration de David Gandreau (CRAterre) – à Kerma-Doukki Gel (Soudan) – avec la collaboration de Chamsia Sadozaï (CRAterre) – et Médamoud (Égypte), tandis que Clément Venton s’est chargé des échantillons prélevés sur les sites de Taposiris Magna et Plinthine (Égypte).

[8] Houben, Guillaud 2006, p. 56-57 et 60-61.

[9] En granulométrie, les argiles correspondent à la fraction la plus fine d’un sédiment, c’est-à-dire à l’ensemble des grains dont la taille est inférieure à 2 μm. Dans cette catégorie, d’un point de vue minéralogique, en revanche, le terme “argile” ne désigne que les phyllosilicates. Ce sont ces derniers qui, en réagissant avec l’eau, sont déterminants dans le niveau de cohésion d’une terre.

[10] Fontaine, Anger 2009, p. 150-169, 215 ; Thomas 2023.

[11] Un article est en cours de préparation : il détaillera les protocoles, les résultats et les interprétations de chaque essai à la lumière aussi des résultats des analyses de laboratoire.

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