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IntroductionL’Égypte antique a de tout temps passionné les scientifiques et le grand public. Durant cette période, la croyance des Égyptiens voulait que les corps des défunts soient préservés de façon à assurer leur vie éternelle dans l’au-delà, nommé la Douât. L’importance de la préservation du corps est notamment soulignée dans le Livre des Morts, « mon corps est durable, il ne périra pas et il ne disparaîtra pas dans ce pays, jamais » (Barguet, 1967). Ceci explique la fascination de ce peuple pour la momification et son savoir-faire dans ce domaine. Les textes égyptiens retrouvés ne contiennent ni descriptions des techniques d’embaumement, ni les ingrédients utilisés.Le Rituel de l’EmbaumementCertaines étapes du déroulement de la momification, en Égypte ancienne, nous sont connues grâce à des documents tardifs datant du ier siècle avant au ier siècle après J.-C. (Herodote, 86-87, Sauneron, 1952). Ce sont des documents lacunaires, copies d’un document beaucoup plus ancien, correspondant à un rituel royal. Chaque étape comprend des opérations techniques et des textes rituels récités par le prêtre, tout au long de la momification. Différents produits rituels, huiles et onguents, y sont nommés. Les uns, étaient utilisés en massages, après la dessication du corps par le natron, afin de redonner un peu de souplesse au corps du défunt. Les autres étaient versés à haute température et liquides, à l’intérieur des cavités, afin d’obtenir une stérilité bactériologique du corps. D’autres, enfin, permettaient de coller les différentes couches de textiles constituant l’habillage de la momie, et pouvaient recouvrir les enveloppements externes et être versés au fond du cercueil.Traitement de la tête et excérébrationLors de la momification, le traitement de la tête, et, notamment, de l’endocrâne, nécessitait diverses opérations complexes. Cependant, ces techniques pouvaient ou non être réalisées, sans, pour cela, porter préjudice à la conservation de la momie. La première étape de la « phase chirurgicale », comprenant éviscération crânienne ou excérébration, consistait à vider l’endocrâne de son contenu : les viscères cérébraux. À l’aide d’un crochet, introduit dans la boîte crânienne, par voie rhino-septale ou trans-ethmoïdale gauche, le plus fréquemment, le cerveau était réduit en bouillie, puis évacué en mettant la tête en position déclive. Un produit solvant, introduit dans l’endocrâne, permettait de parfaire cette opération. Après la dessication du corps par natron, l’intérieur du crâne était séché à l’aide de textiles, puis plus ou moins empli de baumes de momification, versés chauds et liquides, se solidifiant par la suite. Un rembourrage par bandelettes pouvait compléter cette opération.L’utilisation des baumes, au cours de la momification, correspond à un usage rituel, énoncé dans le Rituel de l’Embaumement (Goyon, 1972), et à une valeur symbolique et magique, contribuant à la transformation du corps humain périssable en celui, inaltérable, d’un nouvel être divin, mais elle est également liée à leurs propriétés pharmacologiques, car ils apportent une stérilité bactériologique au corps, grâce à leurs propriétés antiseptiques, bactéricides et bactériostatiques, mais aussi un parfum particulier, associé à la vie.L’excérébration a été pratiquée à partir de la XVIIIe dynastie (1550 av. J.-C.), jusqu’à l’époque romaine, sans qu’elle ne se soit jamais généralisée. De même, le versement de baumes à l’intérieur du crâne n’était pas systématique, notamment à la Basse Époque.La composition de ces baumes a été à la base de nombreuses analyses et spéculations au cours des xxe et xxie siècles (Buckley et al., 2004, Lucas, 1962, Clark, 2006, Colombini et al., 2000, Proefke et Rinehart, 1992, Tchapla et al., 1999, Vieillescazes et Archier, 2002). Les avancées dans le domaine de l’analyse chimique ont permis de lever certains mystères concernant les formulations de ces mélanges complexes. Ainsi, on sait qu’ils pouvaient être constitués de résines diverses, cires, gommes, huiles ou graisses d’origines animales et végétales, bitumes, écorces et épices diverses (Lucas, 1962, Serpico et White, 2000).De nombreuses résines, gommes-résines et oléo-gommo-résines étaient accessibles aux Égyptiens, celles-ci peuvent être classées en deux catégories (cf. tableau 1) :celles exsudées d’arbres de l’embranchement des Conifères où l’on retrouve des arbres de la famille des Pinaceae et des Cupressaceae ;celles provenant des arbres de l’embranchement des Angiospermes, provenant des familles des Anacardiaceae, des Cistaceae, des Ombelliferae et des Burséraceae.Ces résines étaient utilisées pour leurs propriétés antimicrobiennes, hydrofuges, odorifères ainsi que, probablement, pour le symbolisme religieux associé à chaque plante (Watterson, 1996).Tableau 1 : Résines disponibles pour les Égyptiens de la période ptolémaïque.Table 1: Resins available for Egyptians during ptolemaic periodEmbranchementFamilleGenreNom communPinophyta ou ConifèresPinaceaeAbiespinPinussapinCedruscèdreCupresseaeCupressuscyprèsJuniperusgenévrierMagnoliophyta ou AngiospermesAnacardiaceaePistaciapistachierCistaceaeCistuscisteOmbelliferaesOpopanaxopopanaxBurséraceaeBoswelliaboswelliaCommiphorabalsamierSerpico et White, 2000, Mills et White, 1994, Langenheim, 2003, Stern et al., 2003.Les corps gras étaient également employés pour la confection de baumes. Ainsi, différentes huiles végétales (ricin, balanite, carthame, raifort, lin, sésame, olive, amande, radis, coloquinte, laitue, pavot, cannelier, souchet, colza) et graisses animales (canard, bœuf, oie, suif de mouton, lait de vache, de chèvre, de brebis, œuf de poule) ainsi que la cire d’abeille auraient pu être utilisées pour la réalisation de baumes de momification (Serpico et White, 2000).L’utilisation de bitumes pour la momification a été longtemps un sujet de discussion entre scientifiques. En effet, la couleur noire des baumes vieillis était souvent, à tort, associée à la présence de bitume ; cette coloration pouvant être le produit du noircissement naturel des baumes contenant de la résine et/ou des corps gras. Différentes études ont maintenant démontré l’utilisation occasionnelle de ces produits pétrogéniques pour la confection de baumes et dans des objets funéraires (Clark, 2006, Serpico et White, 2000, Rullkötter et Nissenbaum, 1988, Connan, 1999).L’identification chimique des baumes constitue une part très importante dans la compréhension des données archéologiques et apporte des indications sur le rôle et le sens mystique associés à chaque matériau. Cette étape passe nécessairement par un travail d’analyse de substances standards. Ceci permet d’établir une liste de biomarqueurs, et marqueurs de dégradation naturelle et/ou anthropique. La composition moléculaire des échantillons peut donc renseigner sur la nature des constituants, l’état de conservation de l’échantillon ainsi que le traitement subi par le matériau lors de la préparation du baume (Mills et White, 1994).En effet, au cours du temps, certains constituants chimiques vont être le siège de différentes réactions d’oxydation, de réduction, d’hydrolyse, d’aromatisation, de polymérisation, de saponification, de biodégradation, etc. (Mills et White, 1994, Buckley et al., 1999, Evershed et al., 2002). Il est donc impératif de prédire ces réactions et de savoir analyser les différents produits de dégradation des marqueurs chimiques pour identifier correctement les matériaux utilisés.Les techniques mises en œuvre pour la préparation des baumes vont également conduire à la formation de composés spécifiques d’un matériau et d’une technique. Par exemple, certaines molécules comme le rétène, le 7-méthyl-rétène, le 18-nor-7-oxo abiétane et le méthyl-déhydroabiétate peuvent être des marqueurs chimiques caractéristiques du chauffage intense de résines provenant d’arbres de la famille des Pinaceae via la dégradation thermique des abiétanes et pimaranes (Evershed et al., 1985, Connan et Nissenbaum, 2003).Afin de déterminer la composition exacte des baumes, la technique de spectrométrie Infra-Rouge à Transformée de Fourrier (IRTF) permet de donner des renseignements précieux sur la nature des liaisons chimiques présentes dans l’échantillon et d’avoir une approche préliminaire vers l’identification des composés (Daher et al., 2010, Derrick et al., 1999). Nous l’utilisons comme une méthode globale et directe de l’analyse de l’échantillon solide sans étape de préparation préalable. Ces analyses sont toutefois limitées par la présence de mélanges et l’altération des composés présents.Dans le cadre de cette étude, ces informations ont été confrontées à des analyses en Chromatographie en Phase Gazeuse couplée à la Spectrométrie de Masse (CPG/SM) réalisées après extraction et préparation des produits dérivés. Cette technique analytique est largement utilisée dans ce domaine scientifique (Buckley et al., 2004, Serpico et White, 2000, Mills et White, 1994, Buckley et al., 1999, Connan et Nissenbaum, 2003, Regert et al., 2005) et donne une identification des biomarqueurs en présence par leur temps de rétention et leur spectre de masse.Matériel et méthodesDescription des échantillons archéologiquesL’étude des baumes de la tête momifiée entre dans celle d’une série de têtes de momies appartenant à la collection du musée des Confluences de Lyon1.Les échantillons proviennent de la tête de momie B29 (inventaire no 30000 132) : la tête, partiellement débandelettée, d’un adulte mature, de sexe masculin, présente une perte de substance occipito-pariétale, secondaire à un traumatisme crânien, ayant entraîné la mort du sujet. La datation indiquée est comprise entre la XIe et la XXe dynastie (2000-1100 av. J.-C.), l’origine est thébaine.Les baumes, de couleur noire brillante, ont été versés en grande quantité par l’ouverture occasionnée par la blessure, après la réalisation de l’excérébration. Ils se sont accumulés au niveau du frontal, la tête étant en position déclive. Trois échantillons ont été prélevés : le premier, au niveau de l’oreille gauche, le second, sur le cuir chevelu, en marge de la fracture de l’occipital, le dernier, à l’intérieur de l’endocrâne, au niveau du pariétal droit.Figure 1 : Prélèvements effectués sur la tête de momie B29.Figure 1: Sampling localization of balms for B29 mummy head.La radiographie met en évidence l’ampleur du traumatisme ante-mortem, cloison et fosses nasales sont intactes (cliché de face).Figure 2 : Radiographie de face et de profil sur la tête de momie B29. Figure 2: Fullface and profile radiography of mummified head B29.Réactifs et solvantsDans le cadre de cette étude, différentes molécules de référence ont été utilisées : les HAP : phénantrène, acénaphtène, naphtalène, fluorène, fluoranthène, pyrène ont été fournis par Sigma Aldrich (St Louis, USA), les standards d’abiétanes et pimaranes par Helix Biotech (Richmond, Canada), le diéthyl éther et le dichlorométhane par VWR (Leuven, Belgique) et Merck (Darmstadt, Allemagne). La préparation des échantillons a pu être réalisée à l’aide de pyridine anhydre, d’hexaméthyldisilazane, de triméthyl-chlorosilane (Sigma Aldrich, St Louis, USA), et de KBr (Merck, Darmstadt, Allemagne).Préparation des échantillonsEn premier lieu, la texture des échantillons de baumes prélevés est décrite sous microscope optique.Pour les analyses par IRTF, les baumes étant constitués de matières naturelles vieillies, déshydratées et dégradées, souvent très dures, l’analyse en phase solide a été privilégiée (pastilles de KBr). 4 mg de l’échantillon sont ainsi broyés et mélangés à 100 mg de KBr. Le mélange solide est ensuite comprimé sous une pression d’environ 10 t.cm-2, à l’aide d’une presse hydraulique, pour former des pastilles fines analysées par spectrométrie Infrarouge.Pour les analyses par CPG/SM, 15 mg de l’échantillon sont broyés et dérivés via triméthylsilylation. Cette réaction est réalisée par ajout de 500 μL de pyridine anhydre, 450 μL d’HexaMéthylDiSilazane (HMDS) et de 300 μL de TriMéthyl-ChloroSilane (TMCS), à température ambiante pendant 30 min. La solution obtenue est évaporée à sec sous flux d’air comprimé puis solubilisée dans 1 mL de diéthyl éther ou de dichlorométhane. Cette solution est filtrée sur filtre 0,22 μm (Sartorius stedim biotech, Goettingen, Allemagne) et 2 μL sont injectés en CPG/SM. Les analyses sont réalisées en triplicat.Spectrométrie IRTFLes analyses IR ont été réalisées sur un spectromètre Thermo Nicolet Avatar 360 FT-IR (Thermo Nicolet, Madison, Wisconsin, États-Unis) ESP (résolution : 4 cm−1, accumulations : 64) équipé d’un détecteur DTGS KBr fonctionnant avec le logiciel d’acquisition EZ OMNIC version 6.0.Les résultats sont comparés à une banque de standards (résines, corps gras, bitumes, sels, argiles… frais et vieillis) établie par notre laboratoire depuis de nombreuses années.CPG/SMCes analyses ont été effectuées sur un chromatographe en phase gazeuse de type Varian Saturn 3900, équipé d’un injecteur Varian 1177 et couplé à un spectromètre de masse muni d’un analyseur de type trappe à ions Varian 2100 T. La phase mobile est constituée d’hélium à un débit de 1 ml/min. Une colonne capillaire avec une phase stationnaire composée de 5 % phényle et de 95 % diméthylsiloxane, de diamètre interne 0,25 mm et de longueur 30 m et d’épaisseur 0,25 μm a été utilisée pour ces expériences (colonne CP-Sil 8 CB Low Bleed/MS, Varian). L’injecteur est maintenu à une température de 250 °C en mode split 1 : 20. La trappe ainsi que la ligne de transfert sont maintenues respectivement à 200 et 300 °C.Le programme de température du four démarre à une température initiale de 50 °C, stable pendant 2 min, puis augmente de 8 °C.min-1 jusqu’à 250 °C, suivi d’une deuxième élévation de température à 3 °C/min jusqu’à 350 °C, température maintenue pendant 15 min.Les identifications des différents composés ont été réalisées par comparaison aux standards commerciaux et à la base de données NIST 2005.RésultatsLes échantillons proviennent donc de différentes localisations du crâne embaumé. Les spectres infrarouges des échantillons B29og et B29ext sont donnés en figure 3.Figure 3 : Spectres IRTF des échantillons B29og et B29ext.Figure 3 : IRTF spectra of B29og and B29ext samples.Les spectres IRTF des baumes B29ext et B29og sont extrêmement semblables. Ils montrent des bandes centrées sur 3030 et 730 cm-1. Celles-ci correspondent à l’absorption de liaisons – CH=CH – de cycloalcènes aromatiques polycycliques (Bellamy, 1956). Ces valeurs ont été confirmées par superposition au spectre infrarouge de l’anthracène. Ces analyses nous indiquent donc un contenu de baume contenant des composés carbonés aromatiques et peu fonctionnalisés et démontrent également la grande similitude de composition entre ces deux prélèvements.Le spectre IRTF du baume B29int (cf. figure 4) présente des bandes d’absorption de maximum 3 430 (ν –OH), 2 928 (νas –CH2), 2 852 (νs –CH2), 1 721 cm-1 (ν cétones). Ceci révèle donc la présence de composés à chaîne carbonée contenant des fonctions carbonyles et permet d’orienter les recherches vers des matériaux organiques comme des cires, des huiles et/ou des résines.Figure 4 : Spectre IRTF de l’échantillon B29int.Figure 4: IRTF spectrum of B29int sample.Pour affiner les résultats obtenus en spectrométrie IRTF, nous avons analysé ces échantillons par CPG/SM après dérivation par triméthylsilylation. Les chromatogrammes sont exposés en figures 5 et 7, les différentes formules chimiques et masses caractéristiques des composés majoritaires en tableau 2.Tableau 2 : Temps de rétention, noms et structures des composés, fragments observés après triméthylsilylation et analyse en CPG/SM.Table 2: Retention times, compounds names and structures, observed fragments after trimethylsylition and GC/MS analysis.*Structures des composés avant la dérivation.Compound structures before derivationPour les échantillons B29ext et B29og, les compositions chimiques sont exactement identiques. On note la présence majoritaire d’Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), avec une répartition dominée par le phénanthrène, le fluoranthène et le pyrène. Il est important de noter la présence de traces d’acide déhydroabiétique (DHA) et de différents pimaranes (Pim) : les acides pimarique (tr = 27.4 min), sandaracopimarique (tr = 27.63 min) et isopimarique (tr = 27.7 min). Toutes ces molécules ont été identifiées par comparaison aux standards commerciaux et comparaison à la base de données NIST 2005.Figure 5 : Chromatogrammes CPG/SM des échantillons B29og et B29ext après triméthylsilylation (TIC).Figure 5: CPG/SM chromatograms of B29og and B29ext samples after trimethylsilylation (TIC).Certains composés, présents à l’état de trace, ont un spectre de masse avec fragment majoritaire à m/z = 217 ou m/z = 191. Ces fragmentations sont caractéristiques des composés respectivement de type stéranes (figure 6) et hopanes. Ces molécules ont pu être identifiées par comparaison aux spectres donnés dans la littérature (Ekweozor et al., 1979, Ekweozor et al., 1979, Kenig et al., 1995, Peters et al., 2008). Ainsi, le composé sortant à t = 30,7 min possède une fragmentation caractéristique des stéranes et plus spécifiquement de molécules type diacholestanes (principaux fragments observés : m/z = 372 / 357 / 259 / 217 / 189 / 109 / 95).Figure 6 : Chromatogramme CPG/SM de l’échantillon B29og après triméthylsilylation (m/z = 217).Figure 6: CPG/SM chromatogram of B29og sample after trimethylsilylation (m/z = 217).L’échantillon prélevé à l’intérieur du crâne, révèle une composition largement dominée par les acides gras et les diterpènes de type abiétane (figure 7), soit les acides 15-déhydroabiétique (15-DH-DHA), déhydroabiétique (DHA), 7-oxodéhydroabiétique (7-oxo-DHA), et 15-hydroxy 7-oxodéhydroabiétique (15-OH-7-oxo-DHA). Le fragment m/z = 117 est caractéristique des acides gras (FA14:0 à FA18:0).Figure 7 : Chromatogramme CPG/SM de l’échantillon B29int après triméthylsilylation (TIC et fragments de masse m/z 117).Figure 7: CPG/SM chromatograms of B29int sample after trimethylsilylation (TIC and mass fragments with m/z 117).DiscussionLes échantillons prélevés à la surface du crâne montrent une composition largement dominée par des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques.Ces molécules peuvent être d’origine naturelle (différents processus géochimiques, activité volcanique, feux de forêt), correspondant, dans le cas présent, à une contamination des échantillons, ou d’origine anthropique (procédés de combustion de la biomasse, utilisation en tant qu’ingrédient de matériaux pétrogéniques). Dans le cadre de cette étude, les teneurs très importantes en HAP confirment fortement leur origine anthropique, liée à une technique ou un matériau utilisé par les Égyptiens.La présence de composés hopanes et stéranes associés aux HAP, permet de conclure à la présence d’un bitume dans ces échantillons (Connan et Deschesne, 1996, Boëda et al., 1996).De plus, il est possible d’obtenir des informations sur l’origine des HAP en analysant les rapports phénanthrène/anthracène et fluoranthène/pyrène (Sicre et al., 1987, Colombo et al., 1989). En effet, ces molécules étant particulièrement stables, leur concentration varie peu dans le temps. Le phénanthrène et l’anthracène sont des isomères de constitution et le phénanthrène est thermodynamiquement plus stable que l’anthracène. Le rapport Phe/Anth peut être relié directement à la température, les températures élevées conduisant à la formation d’anthracène. Ceci a pour effet d’abaisser le rapport Phe/Ant (Magi et al., 2002). In fine, la dégradation de la matière organique naturelle conduit soit par maturation lente à des matériaux pétrogéniques de rapport Phe/Ant élevé, Phe/Ant = 50 à 373 K pour le pétrole (Soclo et al., 2000, Benner et al., 1990), soit par combustion à haute température à un rapport allant de 4 à 10 (Budzinski et al., 1997). Les HAP d’origine purement pétrogénique possèdent donc un rapport Phe/Ant en moyenne supérieur à 30 (Perra et al., 2009). Le fluoranthène et le pyrène sont des isomères de constitution présentant une grande stabilité. De façon analogue au rapport Phe/Ant, ces molécules sont de bons marqueurs chimiques des processus d’altération ayant conduit à leur formation (origine pétrogénique ou pyrolytique). Ainsi, l’association de ces deux rapports donne des informations sur l’origine des HAP (Perra et al., 2009, Khim et al., 1999) :Fluo/Pyr&#60;1 et Phe/Ant &#62; 30 indiquent une origine pétrogénique des HAP ;Fluo/Pyr&#62;1 et Phe/Anth &#60;10 signent une origine pyrolytique des HAP.Dans le cadre de ces échantillons, les aires relatives des différents composés ont conduit au calcul des deux rapports :pour B29og, Fluo/Pyr = 1,05 et Phe/Antr = 7,14 ;pour B29ext, Fluo/Pyr = 1,06 et Phe/Anth = 6,9.Les valeurs de ces deux rapports semblent donc indiquer l’origine pyrolytique de ces HAP.De plus, les pimaranes et l’abiétane rencontrés, montrent la présence de résine issue d’arbre de l’embranchement des Conifères (ou Pinophyta). Les pimaranes et abiétanes sont des composés sensibles au traitement thermique (Proefke et Rinehart, 1992, Colombini, 2009) et se dégradent notamment en rétène, différents méthyle et diméthyle rétènes, 18 nor-7-oxo-abiétane et méthyl-déhydroabiétate (Connan et Nissenbaum, 2003). La présence des pimaranes, associée à l’absence des biomarqueurs type rétène, implique que les deux types de matériaux, résine et bitume, n’ont pas subi le même traitement thermique.L’échantillon B29int, prélevé à l’intérieur de l’endocrâne, possède une composition différente, les acides gras (FA14:0 à FA18:0), le glycérol ainsi que les diacides carboxyliques (DA7:0 à DA9:0). Ces derniers sont des produits d’oxydation d’acide gras insaturés. L’ensemble de ces composés semble indiquer l’utilisation d’une huile ou d’une graisse dont la composition chimique s’est altérée au cours du temps. Bien qu’il y ait absence de cholestérol, il est important de noter que ces composés peuvent également provenir de restes de graisse humaine présents dans l’endocrâne. La présence de composés abiétanes (DHA, 15-OH-7-oxo-DHA, 7-oxo DHA, 15-DH-DHA), associée à l’absence de pimaranes (Pim) est la preuve de la présence d’une résine de Conifère vieillie et fortement oxydée, probablement extraite d’arbres de la famille des Pinacées.Le cas présent montre que la composition du baume peut dépendre étroitement de sa localisation et de son utilisation. La différence entre baume intra- et extra-crânien a pu être clairement établie avec un baume intra-crânien composé d’une résine de Pinacées et d’une huile ou graisse, et un baume extra-crânien composé d’un bitume, soumis à un procédé thermique, et une résine de l’embranchement des Conifères (ou Pinophyta). Nous avons donc une spécificité de technique (combustion ou non) et de matériaux.