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1. Introduction        Depuis une dizaine d’années, la fabrication de la        chaux a fait l’objet de plusieurs fouilles et programmes de recherche,        particulièrement dans le Midi méditerranéen de la France. La        caractérisation des productions de chaux a ainsi pu être relancée,        après plusieurs décennies d’arrêt des recherches. En effet, la        littérature scientifique relayait le plus souvent le constat d’échec        des analyses de chaux sur les mortiers (Démians d’Archimbaud, 1980,        227 ; Frizot, 1975 ; Suméra et Veyrat, 1997, 121 ; Palazzo-Bertholon,        2000), et seules quelques rares études sont parvenues à identifier des        chaux faiblement hydrauliques ou magnésiennes au cours des époques        antiques et médiévales (Charola et al., 1984 ;        Mannoni, 1994 ; Martinet et Quenée, 2000 ; Palazzo-Bertholon, 2000,        205 ; Coutelas, 2003, 232 ; Mannoni et al.,        2006 ; Mertens et al., 2006). De ce fait,        l’idée d’une utilisation exclusive de chaux aérienne grasse avant les        temps industriels s’est répandue dans la littérature archéologique        (Coutelas, 2009, 19). Les recherches sur la chaufournerie du Midi        (Vaschalde, 2013) ont permis de changer le point de vue de la        recherche, en tentant d’étudier non plus la chaux des mortiers, mais        celle des fours. Il s’agit donc de s’intéresser à un matériau non        transformé, ce qui permet de s’affranchir des problèmes d’interactions        chimiques constatés dans les mortiers entre la chaux et les adjuvants        (sable, tuileau, pouzzolane).        La détermination de différents types de chaux, et        donc d’une gamme de produits, est un des éléments clefs pour la        compréhension du fonctionnement de la chaufournerie ancienne. À        l’instar des analyses physico-chimiques réalisées sur les productions        des fours de potiers, il n’est pas sans intérêt de chercher à mieux        cerner la nature des matières produites par les chaufours, puis        échangées. En effet, une approche interdisciplinaire de la question        permet de supposer l’existence d’une grande variété de produits. Dans        les sources savantes antiques, les médecins, tel Dioscoride1, explicitent clairement leur besoin en chaux pure. Dans        les sources d’archives médiévales du Midi de la France et dans les        traités modernes, la multiplicité des utilisations de la chaux dans un        grand nombre de secteurs de production laisse également présager une        circulation de matériaux diversifiés (Vaschalde, 2013). Surtout, les        enquêtes ethnoarchéologiques réalisées auprès des chaufourniers        actuels de Tunisie (Vaschalde et al., 2015) ont        montré à la fois la multiplicité des produits et la connaissance que        les artisans ont des matières premières et des produits finis.        L’identification des chaux anciennes mises au jour dans les fours par        l’archéologie présente donc un intérêt primordial.              2. Matériel et méthodes                  Matériel          L’étude s’appuie sur 25 échantillons de chaux          issus de 15 structures de production datées entre l’Antiquité et le          xixe siècle (figure          1), fouillées dans le cadre de projets de recherche ou lors          d’opérations préventives. Ces fours à chaux sont pour la plupart          situés dans les régions méditerranéennes de la France, et certains          se trouvent en Île-de-France, en Lorraine, ou encore en Sicile. Bien          que tous ces fours soient situés en milieu rural, une distinction          peut être opérée entre les installations isolées ayant exploité des          bancs de calcaires naturels et les chaufours construits sur des          sites en cours de démontage et faisant office de carrières de          pierres à chaux. Aucun site n’a fourni d’indice fiable pour          déterminer la destination de la chaux produite.          Figure 1 : Répartition géographique et détail          des sites étudiés / Figure 1: Location and details          of the studied sites                                    Méthode de prélèvement          La mise en œuvre des analyses de laboratoire          portant sur la chaux détermine à la fois la quantité de matériau à          prélever et le protocole à appliquer. Si l’analyse au MEB-EDS et la          diffraction des rayons X nécessitent des quantités très petites de          chaux, il n’en est pas de même pour la pétrographie. Pour cette          dernière, les échantillons doivent avoir une taille de l’ordre de 10          à 15 cm. La réalisation de tels prélèvements dépend avant tout de la          nature de la chaux retrouvée dans les fours. Les couches de chaux          carbonatée sont parfois épaisses et compactes ou, au contraire,          fines et pulvérulentes (tableau 1). À Sorède, aucun bloc n’a pu être          prélevé dans le four. C’est donc une quantité équivalente à 0,5 l.          de chaux qui a été échantillonnée. Dans deux fours (Peynier, Vallon          de l’Homme Mort, et Cassis), un matériau de couleur beige, compact,          était pris dans les couches de chaux carbonatée. Du fait de sa          couleur et de la présence de litages, son identification comme chaux          n’était pas assurée.          Tableau 1 : Nature des échantillons prélevés          et des analyses effectuées. / Table 1: Samples and          analysis realized                                    N°              Site              Etat des              échantillons              Nb              d'éch.              Analyses              effectuées                                      Pétrographie              MEB-EDS              DRX                                      1              Sorède              Pulvérulents              1              x              x              x                                      2              Villeveyrac              Solide              9                                            x                                      3              Saint-Gilles              Pâteux              1              x              x              x                                      4              Vallon-Pont-d'Arc              Pulvérulents              1                             x              x                                      5              Bollène              Solide              1                                            x                                      6a              Rognes, FR1              Solide              1                             x              x                                      6b              Rognes, FR8              Solide              1                             x                                                     7a              Peynier, PEY1A5              Solide blanche/solide              beige              2              x              x              x                                      7b              Peynier, PEY4A1              Solide              1                             x                                                     8              Signes              Solide              1              x              x              x                                      9              Cuers              Solide              1                                            x                                      10              Cassis              Solide blanche/solide              beige              2              x                             x                                      11              Châteaubleau              Solide              1                             x              x                                      12              Laquenexy              Solide              1                                            x                                      13              Megara Hyblaea              Solide              1                             x                                               La méthode de prélèvement a évolué à l’aune des          résultats des recherches sur la chaufournerie. Dans un premier          temps, deux échantillons ont été prélevés dans chaque unité          stratigraphique pour assurer une quantité suffisante. Les premiers          résultats des analyses DRX laissaient soupçonner de possibles          pollutions post-dépositionnelles. En effet, les couches          archéologiques de chaux ont pu être perturbées lors du défournement.          Des enquêtes ethnoarchéologiques réalisées au Maghreb ont en effet          montré combien les artisans peuvent remuer les matériaux chargés          dans les fours, voire en ajouter d’autres (Vaschalde et al., 2015). La question de la représentativité          de chacun de ces prélèvements par rapport à la couche de chaux          d’origine s’est rapidement posée, particulièrement lorsque des          phases minéralogiques atypiques sont apparues. Une nouvelle méthode          de prélèvement a été élaborée et appliquée lors de la fouille d’un          chaufour à Villeveyrac. Une fois la couche de chaux du four          entièrement mise au jour, neuf échantillons ont été prélevés,          répartis de manière homogène sur la couche et situés en plan (figure          2). De manière générale, et à l’instar des difficultés parfois          rencontrées dans le prélèvement des mortiers de construction en          archéologie du bâti (Coutelas, 2009, 126), une attention          particulière doit être apportée aux éventuelles pollutions provenant          des autres unités stratigraphiques, et à la distinction          d’éventuelles phases.          Figure 2 : Plan du four de Villeveyrac avec          positionnement des 9 échantillons prélevés dans le reste de charge          de chaux / Figure 2: Plan of Villeveyrac lime kiln          with positions of the 9 samples made in the remaining of the lime          charge                                    Pétrographie          L’analyse pétrographique doit beaucoup à la          géologie. Son application à l’étude des mortiers remonte au début          des années 1980 (Dupas, 1982 ; Palazzo-Bertholon, 2000, 204 ; Elsen,          2006). Elle est décomposée en deux temps, dont le premier est une          observation macroscopique des échantillons, à l’œil nu, à la loupe          simple ou binoculaire (x10). Lorsque les échantillons sont          suffisamment gros et compacts, des lames minces sont réalisées pour          une observation à l’aide d’un microscope optique polarisant          (Coutelas, 2009, 128). L’analyse pétrographique permet notamment de          décrire les matrices, de déceler la présence d’incuits ou de          mal-cuits, de comprendre l’évolution post-dépositionnelle de          certains des échantillons, ou de mettre en avant des anomalies dans          la composition du matériau. Cette approche a été réalisée par S.          Büttner.                          Analyse élémentaire au MEB-EDS          Par un bombardement d’électrons, la microscopie          électronique produit différentes images du matériau analysé. L’image          topographique est fournie par les électrons secondaires, et l’image          en « contraste chimique » par les électrons rétrodiffusés. Par          ailleurs, la matière émet également des rayons X qui sont captés par          un détecteur Energy Dispersive System (EDS).          Ainsi, la composition élémentaire peut être analysée de manière          semi-quantitative ou quantitative, parfois ponctuellement sur un          élément précis, ou intégralement sur toute la zone observée          (Coutelas, 2009, 144). Cette analyse permet de détecter la présence          d’éléments pouvant influer sur la nature précise de la chaux          (magnésium, aluminium notamment), tout comme celle d’autres          matériaux, comme le gypse par exemple.          Les acquisitions peuvent être réalisées sur lames          minces non couvertes, après métallisation. Ici, les échantillons,          dont les dimensions sont d’ordre millimétrique, sont disposés dans          le MEB sans lame ni métallisation. Des spectres ponctuels et          intégraux ont été réalisés pour chaque fragment. Ces analyses ont          été réalisées sur le MEB Crystal probe du Service commun de          microscopie électronique et analytique de l’université de          Montpellier, par C. Vaschalde avec l’assistance de Cl. Gril2.                          Diffraction des rayons X (DRX)          La diffractométrie, ou diffraction des rayons X,          est utilisée couramment pour distinguer les phases cristallisées,          les associations minérales ou les minéraux d’altération (Schultz,          1964 ; Biscaye, 1965 ; Moropoulou et al.,          1995 et 2000 ; Palazzo-Bertholon, 2000, 205). Cette analyse est          parfois privilégiée au détriment du MEB-EDS, dont les résultats          ouvrent moins souvent la voie à des interprétations plus abouties          (Sanjurjo-Sánchez et al., 2010). Ici, les          échantillons ont été traités avec la méthode dite « des poudres ».          Le matériau est réduit en une fine poudre, sur laquelle tombe le          faisceau de rayons X monochromatique. Les faces cristallines          provoquent alors des diffractions, qui sont différentes d’un minéral          à l’autre en fonction de la distance interplanaire. Sur le          diffractogramme, ce phénomène se traduit alors en pics,          correspondant à des angles précis. Chaque distance réticulaire se          traduit par un pic, qui correspond à un minéral cristallin          (Ferdière, 1999, 49 ; Coutelas, 2009, 145). Dans le cadre de l’étude          des chaux, la DRX rend possible la distinction de certains éléments          procédant des altérations du matériau (weddellite par exemple), de          sa carbonatation incomplète (portlandite), ou signant la nature de          la chaux elle-même (chaux magnésienne notamment). Ici, le traitement          des échantillons a été opéré par P. Bromblet sur un diffractomètre          D8 Focus de BRUKER (détecteur linéaire LynxEye, anode Co, 35kV x 40          mA).                      3. Résultats        La mise en œuvre des différentes techniques        d’analyse des matériaux livre des résultats très prometteurs. Mettre        un nom sur les chaux produites dans les fours ouvre un vaste champ        d’investigations scientifiques et historiques. Les résultats sont        présentés par types de matériaux déterminés, et rassemblés dans un        tableau synthétique (tableau 2). Pour certains échantillons, toutes        les analyses n’ont pas été effectuées, car les quantités disponibles        étaient trop petites. La diffraction des rayons X a été privilégiée,        car elle fournit les résultats les plus intéressants. Lorsque cette        dernière n’a pu être réalisée du fait d’échantillons disponibles trop        petits, le type de chaux n’a pas pu être déterminé.        Tableau 2 : Tableau de synthèse des données        géologiques et des résultats des analyses effectuées sur les chaux /        Table 2: Geological data and lime analysis        results                          Apport du protocole de prélèvement          La question de la représentativité des          échantillons prélevés par rapport à la masse de chaux laissée dans          les fours est résolue grâce à la méthode appliquée à Villeveyrac. En          effet, les 9 échantillons analysés en DRX fournissent des résultats          très cohérents (tableau 3), avec une chaux grasse principalement          composée de carbonate de calcium contenant de l’aragonite, du quartz          et quelques traces d’argiles dont la kaolinite. Ces résultats          permettent également de supposer que les échantillons uniques          prélevés dans les autres fours sont représentatifs de la production          initiale. Quoi qu’il en soit, il paraît justifié de recommander une          multiplication des prélèvements dans les fours qui seront fouillés à          l’avenir.          Tableau 3 : Résultats des analyses DRX          effectuées sur la chaux de Villeveyrac / Table 3:          XRD analysis results of Villeveyrac lime                                                   Calcite              Quartz              Autres              minéraux                                      P10              xxxx              x              Aragonite                                      P22              xxx              x              Aragonite, Argiles 15,2Å              (traces)                                      P23              xxxx              x              Aragonite (traces)                                      P24              xxxx              x              Kaolinite (traces)                                      P25              xxxx              x                                                     P26              xxxx              x              Aragonite                                      P27              xxxx              x                                                     P29              xxxx              x                                                     P34              xxxx              x                                               Par ailleurs, la nature pulvérulente ou compacte          de la chaux prélevée n’influence par les résultats des analyses au          MEB-EDS et en DRX. Seule la pétrographie est impossible à appliquer          sur les chaux pulvérulentes.                          Les chaux aériennes calciques grasses          Les chaux aériennes grasses (figure 3) sont les          plus couramment identifiées, dans 7 structures sur 15. Parmi ces          structures, on compte le four du Vallon de l’Homme Mort à Peynier,          dans lequel un matériau beige non identifié et mélangé à la chaux          carbonatée avait été prélevé. La pétrographie et la DRX ont permis          de déterminer qu’il s’agit d’une chaux aérienne grasse, dont la          coloration provient sans doute de la décomposition de matériaux          organiques après l’abandon du four.          Figure 3 : Analyse des chaux aériennes          grasses / Figure 3: Pure limes analysis                    a : lame mince vue en lumière naturelle de          chaux carbonatée grasse (Peynier, Vallon de l’Homme Mort – cl. : S.          Büttner) ; b : image en électrons secondaires (MEB) d’une chaux          carbonatée (Rognes, FR1) ; c : spectre des nodules de chaux          carbonatée du four FR1 de Rognes au MEB-EDS ; d : diffractogramme de          la chaux du four du Vallon de l’Homme Mort à Peynier ; e :          diffractogramme de la chaux du four de Signes. / a: thin section with natural light of carbonated pure          lime (Peynier, Vallon de l’Homme Mort – ph.: S. Büttner); b:          secondary electrons imaging (SEM) of a carbonated lime (Rognes,          FR1); c: spectrum of carbonated lime samples of Rognes kiln FR1          (SEM-EDS); d: X-ray diffraction pattern from the lime of the Vallon          de l’Homme Mort kiln at Peynier; e: X-ray diffraction pattern from          the lime of Signes kiln.          Par définition, les chaux aériennes grasses se          caractérisent par une grande pureté, car composées presque          essentiellement de carbonate de calcium (CaCO3)          avec peu d’impuretés. Ces chaux sont produites à partir de calcaires          contenant moins de 1% d’argiles (Frizot, 1975, 23 ; Coutelas, 2003,          72 et 2009, 16). Des traces de quartz ont été identifiées par          l’analyse DRX, mais cette présence s’explique aisément du fait de la          présence presque systématique de ce minéral dans les formations          calcaires. Sur les clichés pris au MEB, la chaux prend la forme d’un          conglomérat de petits nodules clairs.                          Les chaux aériennes maigres et les chaux          hydrauliques          Dans le corpus étudié, deux fours ont produit des          chaux pouvant être considérées comme aériennes maigres, voire          faiblement hydrauliques. Un troisième peut avoir servi à fabriquer          de la chaux hydraulique. Une chaux aérienne maigre est une chaux          obtenue par cuisson d’un calcaire contenant des impuretés (quartz,          mica, argiles, etc.). Après cuisson, ces calcaires fournissent une          chaux moins riche en portlandite, qui produit donc moins de calcite          que la chaux grasse au cours de sa carbonatation. Les proportions de          ces impuretés (magnésie, manganèse, oxyde de fer, sables quartzeux,          etc.), provenant des argiles contenues dans le calcaire, varient          selon les auteurs. M. Frizot indique qu’elles sont inférieures à 5 %          (Frizot, 1975, 23), tandis qu’A. Coutelas donne un intervalle          compris entre 2 et 8 % (Coutelas, 2003, 16). Une chaux hydraulique          est aussi obtenue à partir d’un calcaire impur contenant          principalement des argiles, mais à des températures de cuisson          élevées, de sorte que des phases hydrauliques anhydres (alumineuses          ou silicatées) se forment (C3A, C2S) par réaction entre les argiles          et le calcium qui produisent des silicates de calcium hydratés (CSH)          au contact de l’eau.          Les chaux aériennes maigres (figure 4) sont          composées pour l’essentiel de carbonate de calcium, auquel          s’ajoutent des phases minérales comme l’ettringite et le gypse,          minéraux composés de sulfate et de sulfoaluminate de calcium. Dans          le cas du four de Cassis, qui a servi à cuire des pierres issues de          bancs naturels, l’aluminium et le calcium peuvent venir des bancs de          cénomanien, composés de calcaire à rudiste avec bancs de marnes et          de grès. La marne a pu être à l’origine de l’apparition de          l’aluminium dans la chaux. L’origine du soufre est plus          problématique. Il peut s’agir de gypse exploité par les artisans,          mais une contamination de la chaux par des embruns marins ne peut          être exclue, le site étant peu éloigné du littoral. L’eau de mer          contient une forte proportion de sulfate de calcium.          Figure 4 : Analyse des chaux aériennes          maigres / Figure 4: Poor limes analysis                    a : lame mince vue en lumière naturelle de          chaux carbonatée maigre (Cassis – cl. : S. Büttner) ; b : spectre          d’analyse DRX de la chaux du four de Cassis. / a:          thin section with natural light of carbonated poor lime (Cassis –          ph.: S. Büttner); b: X-ray diffraction pattern from the lime of          Cassis kiln.          À Châteaubleau, le four du théâtre a également          fourni une chaux composée majoritairement de carbonate de calcium,          et contenant de la thaumasite (figure 5). Étant pauvre en phases          autres que la calcite, il s’agit donc d’une chaux faiblement          hydraulique. En effet, la thaumasite est un sulfosilicate de calcium          qui apparaît parfois dans les mortiers contenant des composantes          hydrauliques. Des expérimentations ont mis en évidence le lien          possible entre l’utilisation de la chaux hydraulique et l’apparition          de la thaumasite (Van Hees et al., 2003 ;          Tesch et Middendorf, 2006). Toutefois, le soufre étant un des          composants de la thaumasite, cela suppose un apport extérieur pour          expliquer l’apparition de cet élément qui aurait ensuite réagi avec          les composants silicatés de la chaux supposée hydraulique. Le soufre          peut provenir de phases de gypse enfourné avec le calcaire, ou d’une          pollution postérieure à l’abandon du four. Notons que les pierres          cuites à Châteaubleau ont été récupérées sur un site antique          abandonné, ici le théâtre. L’origine de la matière première est donc          complexe à comprendre, du fait de la présence de deux calcaires          différents (calcaire de Provins et calcaire lutétien). Une étude          approfondie des calcaires utilisés dans la construction du théâtre          de Châteaubleau pourrait éclairer ce problème. En l’état, il n’est          pas possible de conclure sur la nature hydraulique de la chaux de          Châteaubleau, mais la question est désormais ouverte.          Figure 5 : Analyse des chaux potentiellement          hydrauliques / Figure 5: Hydraulic limes          analysis                    a : image en électrons rétrodiffusés (MEB)          de la chaux provenant du four de Châteaubleau ; b : spectre de la          chaux hydraulique du four de Châteaubleau au MEB-EDS ; c :          diffractogramme de la chaux du four de Châteaubleau. / a : backscattered electrons imaging (SEM) of the lime          of Châteaubleau kiln; b: spectrum (SEM-EDS) of hydraulic lime of          Châteaubleau kiln; c: X-ray diffraction pattern from the lime of          Châteaubleau kiln.                          Les chaux aériennes magnésiennes          Trois chaufours ont produit de la chaux          magnésienne (figure 6), composée de carbonate de calcium et de          minéraux contenant du fer et du magnésium, tels que la brucite,          l’huntite, la pyroaurite, la quintinite-2H et la sjogrenite. À          Cuers, la chaux a certainement été produite à partir des formations          calcaires formant la colline du Pas Redon, au pied de laquelle a été          installé le four. D’après la carte géologique, ces calcaires          appartiennent à des faciès Muschelkalk indifférenciés. Il s’agit          probablement de Muschelkalk inférieur, qui est le seul à être          considéré comme dolomitique. En effet, un calcaire est dit magnésien          lorsqu’il contient entre 5 et 10 % de magnésium, et il est qualifié          de dolomitique lorsque la proportion de magnésium est comprise entre          10 et 50 % (Foucault et Raoult, 2010, 55). Ces calcaires contiennent          généralement de la dolomite (CaMg (CO3)2 ou de l’ankérite          (Ca(MgFeMn) (CO3)2). Leur composition chimique peut donc receler du          fer ou du manganèse associé au magnésium. À Saint-Gilles, l’origine          de la matière première est plus problématique du fait d’un contexte          de récupération des pierres sur des monuments appartenant à une          nécropole antique dont l’emplacement est toujours inconnu. L’étude          des éléments lapidaires découverts dans le four n’a pas encore été          faite. À Laquenexy, il semble s’agir également d’une activité de          récupération.          Figure 6 : Analyse des chaux magnésiennes /          Figure 6 : Magnesian limes analysi                    a : lame mince vue en lumière naturelle de          chaux carbonatée magnésienne (Saint-Gilles – cl. : S. Büttner) ; b :          spectre de la chaux magnésienne du four de Saint-Gilles au MEB-EDS ;          c : diffractogramme de la chaux du four de Saint-Gilles ; d :          diffractogramme de la chaux du four de Cuers. / a:          thin section with natural light of carbonated magnesian lime          (Saint-Gilles – ph.: S. Büttner); b: spectrum (SEM-EDS) of magnesian          lime of Saint-Gilles kiln; c: X-ray diffraction pattern from the          lime of Saint-Gilles kiln; d: X-ray diffraction pattern from the          lime of Cuers kiln.                          Du plâtre dans les fours à chaux          Des traces de gypse, qui pourraient correspondre          à du plâtre, ont été mises en évidence par les analyses au MEB-EDS          et la DRX dans les chaufours de Cassis et du quartier de Bel Homme à          Peynier. À Cassis, ces traces sont accompagnées d’ettringite,          minéral qui se forme par suite de l’altération d’une chaux contenant          des phases hydrauliques en contact avec de l’eau contaminée en          sulfates (Böke et Akkurt, 2003). Cette présence peut s’expliquer par          l’utilisation, intentionnelle ou non, de gypse dans la charge des          fours. À Peynier, l’existence d’une carrière de plâtre est attestée          non loin du site aux xve-xviie siècles (Vaschalde, 2008).          Sans envisager une cuisson de gypse dans ce four où tout indique que          les températures sont bien trop élevées pour la fabrication du          plâtre (vitrification des parois notamment), il est possible que des          blocs de gypse aient pu être utilisés par les artisans comme          matériaux annexes à la cuisson (matériaux réfractaires ?).          Cependant, la détermination de gypse par les analyses de laboratoire          ne signe pas forcément la présence de plâtre dans les fours. Elle          peut en effet découler d’altérations du calcium dues à des sulfures,          intervenues bien après la cuisson (Böke et Akkurt, 2003 ; Bertolini          et al., 2013).                      4. Discussion et mise en perspective        Les résultats obtenus grâce à la DRX, à la        pétrographie et au MEB-EDS ouvrent plusieurs pistes de réflexion, à        propos des techniques de fabrication, des filières d’écoulement et des        contextes de consommation, ainsi que des orientations de la recherche        à venir.                  Une aide à l’identification des structures          archéologiques          En tout premier lieu, les analyses de matériaux          sont une aide à l’interprétation de certaines structures. À Mégara          Hyblaea (Sicile), les différents fours découverts anciennement sur          le site sont actuellement au centre d’une réflexion globale,          remettant en cause certaines interprétations considérées comme          acquises. Les fouilles étant anciennes, plusieurs structures de          cuisson sont vidées de leur contenu depuis plusieurs dizaines          d’années, et il s’avère parfois difficile de déterminer leur usage          précis. C’est le cas du grand four no 3. Mais          une croûte blanchâtre, encore collée par endroits sur les parois de          briques, a été prélevée et soumise à une analyse élémentaire au          MEB-EDS. Elle a montré que ce matériau est un carbonate de calcium          contenant quelques traces de magnésium et de silice. La production          de chaux dans cette structure est donc confirmée. À Rognes,          l’exemple de la structure FR1 est encore plus probant. Cette fosse          sans gueule a une structure peu commune, rendant problématique son          interprétation (Vaschalde, 2013, 260-262). Le MEB-EDS a démontré la          présence de chaux dans le remplissage, ainsi que dans l’épandage          voisin. Une étude comparable sur un four antique d’Escrennes          (Loiret) a également permis d’identifier la structure de production          grâce au recours à la DRX (Save et al. 2013).          Parfois, ces analyses de laboratoire ne vont pas dans le sens des          présupposés interprétatifs de terrain. Par deux fois, du gypse a été          identifié dans des fours à chaux, d’abord à Peynier (Bel Homme) par          analyse au MEB-EDS, puis à Cassis grâce à la DRX. Dans ces deux cas,          ces résultats incitent à s’interroger sur l’origine du soufre qui          compose les phases identifiées, notamment au cours des processus          post-dépositionnels. Si du plâtre a effectivement été cuit, il faut          s’interroger sur son utilité dans la chaîne opératoire de la          fabrication de la chaux.          D’un point de vue taphonomique, une incertitude          demeurait sur la nature même d’une partie des couches de chaux          découvertes dans plusieurs fours. Ces couches présentaient une          couleur beige à jaune, avec parfois des litages, et contenaient          également des nodules très blanc de chaux carbonatée assez pure. De          petits fragments d’aspect vitrifié étaient également fréquents. Une          première observation à la loupe binoculaire, effectuée par J.-E.          Brochier3, avait conduit à envisager des agglomérats sableux          qui se seraient formés dans les fours après l’abandon, à la suite          d’événements climatiques ponctuels (pluies, inondations). Ces          phénomènes, qui auraient dû provoquer des perturbations dans la          stratigraphie des structures, paraissaient peu probables car trop          systématiques. L’observation pétrographique d’abord, puis les          résultats des analyses au MEB-EDS ont montré qu’il n’y avait pas de          sable, et que ces couches étaient simplement formées de chaux          carbonatée, dont la coloration provient de la décomposition          d’éléments organiques. La stratigraphie des chaufours concernés,          loin d’être perturbée, a, au contraire, peu subi de bouleversements          post-dépositionnels. Rappelons que la validité du protocole de          prélèvement anthracologique repose sur cette condition (Vaschalde          et al., 2013). La DRX apporte également          quelques informations sur l’évolution des couches de chaux dans les          fours après leur abandon. La chaux s’y éteint doucement et sèche,          mais, si elle est recouverte entièrement ou seulement partiellement,          elle peut demeurer longtemps à l’état d’hydroxyde de calcium,          c’est-à-dire de chaux éteinte. La présence de portlandite signe ce          phénomène. Elle a été détectée dans les chaux des fours de          Saint-Gilles, de Cassis, de Laquenexy et de Signes. Ce constat est          assez courant dans les publications d’analyses de mortiers          archéologiques (Allen et al. 2000 ;          Moropoulou et al. 2000 ; Bartz et Filar          2010). Parfois, certains minéraux apparaissent également, comme          l’aragonite (Sorède), typique des calcifications naturelles dues à          l’écoulement des eaux.                          Apport de la DRX à la connaissance des          techniques de production                      Choix des matières premières            Dans la littérature scientifique et            archéologique, il est couramment admis que les chaufourniers n’ont            produit que des chaux aériennes, et que les calcaires impurs            auraient été écartés de la production par les artisans (Coutelas            et al., 2004 ; Coutelas, 2009, 19). Or,            l’identification de chaux faiblement hydrauliques et de chaux            magnésiennes remet en cause ce constat. Elle étaye également les            observations faites directement sur les pierres à chaux mal cuites            des fours tardo-antiques de la place des Véens à Auxerre (Mercier,            2011, 109), qui ont été alimentés avec un calcaire portlandien            local riche en impuretés. Il semble donc que tous les calcaires            aient pu être utilisés par les chaufourniers. Toutefois, ces            résultats ne démontrent pas le caractère volontaire de cette            utilisation. Avec les seules analyses de laboratoire, il n’est pas            encore possible de montrer que les chaufourniers connaissaient            toutes les propriétés des pierres qu’ils ont utilisées. Ce            problème est d’autant plus complexe que des fours ayant été            alimentés avec des pierres récupérées ont produit des chaux            magnésiennes ou potentiellement hydrauliques.            Les analyses permettent également de préciser            les stratégies d’approvisionnement. En effet, pour certains sites,            plusieurs sources d’approvisionnement sont possibles autour des            fours à chaux. À Villeveyrac, les chaufourniers avaient le choix            entre les bancs de calcaires marneux du Campagnien-Maastrichtien            et ceux, plus purs, du Kimmeridgien. À Cuers, ils disposaient des            bancs de calcaire dolomitique du Muschelkalk et de galets            alluvionnaires. De la chaux grasse ayant été identifiée à            Villeveyrac, et de la chaux magnésienne à Cuers, il est possible            d’affirmer que les calcaires utilisés proviennent du Kimmeridgien            dans le premier cas, et du Muschelkalk dans le second. Des aires            d’approvisionnement plus précises peuvent donc être définies, ce            qui ouvre la voie à une approche spatiale.                                Températures de cuisson            L’analyse archéométrique des chaux            archéologiques apporte des informations sur les températures de            cuisson des fours. Pour rappel, il est communément admis qu’une            température comprise entre 900 et 1100°C est nécessaire pour            produire de la chaux.            La DRX apporte des informations sur le            fonctionnement des fours à chaux grâce à l’identification de            minéraux. Lors de la cuisson de la chaux, la montée en température            provoque l’apparition et la destruction successives de certaines            phases cristallines, qui sont alors des marqueurs des niveaux de            chaleur atteints (Périnet et Courtois, 1983, 157). Dans le four de            Bollène, la présence de cristobalite a été mise en évidence dans            la chaux. Ce dioxyde de silicium impur apparaît à 1470 °C à partir            d’éléments argileux, mais peut se former, sous certaines            conditions, à partir de 1050 °C (Gualtieri et Bertolani, 1992).            Ainsi, sa présence a été décelée dans les parois d’argile cuite            d’un four de potier antique (Eramo et Maggetti, 2013), ainsi que            dans des poteries cuites à haute température (Marengo et al., 2005 ; Lazzarini et Verità, 2015 ;            Jadot et al., 2016). Par le passé, des            exemples similaires ont permis de proposer des températures de            cuisson. Dans la cathédrale de Tournai (Belgique), les mortiers            médiévaux contenaient certains minéraux, comme la            pseudowollastonite, qui n’apparaît que lorsque la température            dépasse 1125°C (Mertens et al., 2006) et            qui ne peut donc provenir que de fours ayant atteint cette            température. En Espagne, le même type d’analyse et de raisonnement            a été mis en œuvre pour les mortiers de l’église tardo-antique et            médiévale de Santa Eulalia de Bóveda (Sanjurjo-Sánchez et al., 2010).            La production de chaux aériennes maigres,            faiblement hydrauliques voire hydrauliques n’est pas sans            incidence sur la gestion des cuissons. D’après les sources            savantes du xixe siècle, la cuisson des calcaires dits « impurs »            nécessite une attention plus particulière de la part des artisans,            pour éviter la « vitrification des matières fondantes » contenues            dans cette matière première4. À l’inverse, les calcaires purs            permettant de fabriquer les chaux grasses « peuvent être fortement            calcinés sans inconvénients ». Ces différences de comportement au            feu influencent les savoir-faire, car elles impliquent une            variation des gestes de surveillance opérés par les artisans            pendant les cuissons. La mise en évidence de cristobalite à            Bollène est à rapprocher du phénomène de « vitrification », ce            minéral se formant à partir de matières siliceuses comme les            quartz, souvent présents dans les pierres calcaires.            La mise en évidence d’une production de chaux            magnésienne invite à envisager des cuissons à plus basse            température. En effet, lorsqu’il est cuit, le calcaire dolomitique            (CaMg(CO3)2) se transforme            en oxyde de calcium et de magnésium (CaO et MgO). Dans la pierre,            le carbonate de magnésium se transforme avant le carbonate de            calcium5, et cette transformation            s’opère à partir de 750°C, soit une température plus basse que            celle nécessaire à la cuisson de la chaux grasse. Pour cuire            l’ensemble d’une charge de calcaire dolomitique, il est ensuite            nécessaire d’atteindre la température de transformation du            carbonate de calcium en chaux vive (CaO). L’ensemble du processus            de cuisson diffère donc des fours à chaux grasse, maigre ou            hydraulique. Le début de la transformation chimique s’opérant à            plus basse température, une incidence sur le temps de cuisson est            envisageable, ce qui impliquerait donc une gestion particulière de            la chaîne opératoire. Notons également que la chaux magnésienne            serait plus de deux fois inférieure en poids que le calcaire            chargé dans le four6.                                    Identifier les chaux pour identifier les          filières économiques          Le principal apport de la DRX appliquée aux chaux          non transformées concerne l’identification d’une gamme de différents          produits, dont les qualités répondent à des besoins particuliers qui          sont eux-mêmes liés aux contextes de consommation. Parmi eux, on          compte bien sûr le secteur du bâtiment, mais aussi l’agriculture,          l’artisanat et l’industrie (cuir, verre, sucre, savon…) et la          médecine.                      La chaux grasse, recherchée pour sa            pureté            La chaux la plus souvent identifiée dans le            corpus étudié est la chaux aérienne grasse. Cette abondance            s’explique par le fait que les sociétés anciennes l’ont beaucoup            recherchée. Sa pureté, souvent vantée dans les sources savantes,            répond à bon nombre de besoins techniques des secteurs du bâtiment            et de l’artisanat. Au moment de l’extinction, une chaux grasse            foisonne beaucoup, pour prendre jusqu’à quatre fois son volume            initial, la moyenne de gain étant située autour de 2,5 fois le            volume initial7.            Elle se conserve longtemps sous l’eau, sous forme pâteuse, ou dans            un milieu clos, privé d’air.            Les secteurs consommateurs de chaux grasse sont            nombreux, au premier rang desquels on trouve le bâtiment. D’après            les auteurs antiques comme modernes, cette chaux sert surtout à la            confection des mortiers de gros œuvre8. Elle            est également recommandée et très utilisée pour la réalisation des            couches de préparation des peintures murales.            Dès l’Antiquité, et tout au long du Moyen Âge            et de l’époque moderne, certains secteurs de l’artisanat et de            l’industrie ont utilisé la chaux grasse pour ses propriétés            caustiques, pour sa pureté ou comme fondant. La production de            sucre nécessite également de la chaux. Les fabricants semblent            avoir privilégié la chaux grasse, qui offrirait des « conditions            excellentes » pour le raffinage9. Quelques traités            recommandent toutefois l’utilisation d’une chaux maigre. Pour une            même quantité de produit à raffiner, il faut mobiliser une            quantité plus importante de chaux maigre, mais cette dernière            produit un déchet moins volumineux10. Les savonniers ont également            privilégié la chaux grasse. Elle permet la décomposition des            carbonates de potasse et de soude afin de préparer les lessives            caustiques11. Enfin, les verriers utilisent la            même chaux, qui sert de fondant pour abaisser la température de            fusion du verre12. La chaux grasse est intéressante pour l’industrie            du verre car sa pureté chimique évite d’ajouter des éléments            indésirables à la composition du produit final. Il reste à évoquer            le cas des tanneurs. Ces derniers mettent à profit les propriétés            caustiques de la chaux pour traiter les peaux afin de les            transformer en cuir. La chaux grasse est la mieux adaptée à cette            utilisation, bien que les sources savantes n’explicitent pas            clairement ce choix. En Méditerranée occidentale et en Europe, la            production de cuir a une implantation ancienne, tandis que les            secteurs de la savonnerie et de la fabrication du sucre            connaissent un essor important à partir de la fin du Moyen Âge            (Vaschalde, 2013, 472-473). À cela s’ajoute la prise de conscience            à partir du XVIIe siècle, par les verriers, de            l’utilité de la chaux dans la fabrication du verre (Foy et al. 2000 ; Vaschalde, 2013, 470-471). Ce            faisceau d’évolution de l’industrie a sans aucun doute pesé            significativement sur la production de chaux grasse. Des            structures de stockage de la chaux en contexte artisanal ont            parfois été retrouvées par les archéologues (Bonnamour et al., 2011 ; Macario, 2014) et pourraient, à            l’avenir, faire l’objet d’analyses afin d’approfondir ce nouveau            champ de recherches.                                Des chaux « impures » pour des matériaux            hydrauliques et/ou résistants            Dès l’Antiquité, la chaux grasse n’est pas la            seule à être fabriquée par les chaufourniers. Les usages des chaux            dites « impures » intéressent principalement le secteur du            bâtiment.            Les chaux maigres, dites calciques lorsqu’elles            ne contiennent pas de magnésium, ont globalement les mêmes usages            que la chaux grasse, mais ont des propriétés physico-chimiques            différentes. Elles foisonnent beaucoup moins qu’une chaux grasse            au moment de l’extinction, et s’échauffent peu. La pâte obtenue            est moins onctueuse, et s’agglutine moins aux pierres ou aux            adjuvants du mortier. Les propriétés mécaniques sont, de ce fait,            inférieures à celles de la chaux grasse. La chaux maigre se            conserve sous l’eau, durcit à l’air13, et est utilisée dans le            gros œuvre en bâtiment par exemple.            Les propriétés des chaux hydrauliques ont            souvent été décrites dans la littérature savante au xixe siècle, et par les            archéologues au xxe siècle. Elles sont réputées pour leur capacité à            durcir sous l’eau et à rendre possible la fabrication de mortiers            étanches. Mais, contrairement à une idée reçue répandue, les            mortiers fabriqués avec de la chaux hydraulique ne sont pas            systématiquement plus solides que ceux confectionnés avec de la            chaux aérienne (Coutelas, 2009, 17). Au moment de l’extinction, la            chaux hydraulique foisonne beaucoup moins que la chaux grasse.            C’est d’ailleurs à partir de ce critère que L.-J. Vicat14 avait classé les chaux hydrauliques en trois            catégories : faiblement hydrauliques, moyennement hydrauliques, et            éminemment hydrauliques. De fait, la chaux hydraulique absorbe            également moins d’eau que la chaux grasse lorsqu’elle est éteinte            (Maravelaki-Kalaitzaki, 2007). L’identification d’une possible            chaux hydraulique dans le four de Châteaubleau relance le débat            sur l’origine de l’hydraulicité des mortiers anciens. Pour la            majorité des spécialistes, ces mortiers hydrauliques ne doivent            leur nature qu’aux adjuvants, notamment le tuileau et la            pouzzolane qui, par réaction lors du séchage, confèrent            l’hydraulicité au matériau (Sánchez-Moral et            al., 2005 ; Pavía et Caro, 2008 ; Miriello et al., 2010 et 2011). Seules quelques études            ont montré la présence de minéraux caractéristiques des chaux            hydrauliques dans des mortiers antiques et médiévaux (Charola et al., 1984 ; Mannoni, 1994 ; Martinet et            Quenée, 2000 ; Palazzo-Bertholon, 2000, 205 ; Coutelas, 2003,            232 ; Mannoni et al., 2006 ; Mertens et al., 2006). Toutefois, la nature hydraulique            de la chaux contenue dans ces mortiers n’a jamais pu être            déterminée formellement. Une étude récente réalisée sur de la            chaux de fours antiques et modernes du Jura suisse a également mis            en évidence une possible production de chaux hydraulique dès            l’époque romaine (Adatte, 2014).            La chaux magnésienne est une chaux maigre, qui            est au centre de recherches approfondies depuis quelques années.            Utilisée dans des mortiers de construction, elle se distingue bien            des autres types de chaux (Bläuer-Böhm et Jägers, 1996 ;            Bertolini et al., 2013), et ses qualités            intrinsèques, associées à celles d’autres matériaux (kaolin cuit            par exemple), seraient adaptées à la confection de mortiers à la            résistance remarquable (Mannoni et al.,            2006, Mannoni, 2010), ou présentant une bonne résistance à l’eau            (Bläuer-Böhm et Jägers, 1996, 225) 15. Les mortiers magnésiens,            attestés au cours du Moyen Âge et de l’époque moderne en Allemagne            et en Italie du Nord (Bläuer-Böhm et Jägers, 1996 ; Mannoni et al. 2006 ; Bertolini et            al., 2013), résisteraient également mieux aux attaques de            l’eau de mer sur les bâtiments installés sur le littoral16. Les qualités que la chaux magnésienne conférerait            aux mortiers sont toutefois sujettes à débat, spécialement à cause            de sa fragilité accrue face aux altérations naturelles, notamment            en milieu humide (Arizzi et Cultrone, 2012). Ces mortiers            favorisent également la formation de sels solubles à base de            sulfates de magnésium, qui sont à l’origine de la dégradation des            pierres de construction. Enfin, la chaux dolomitique est également            recommandée pour l’amendement des sols dans l’agriculture17,            notamment dans les régions du nord de la France et de            l’Europe.                                    Pour une histoire des gammes de chaux          Une mise en perspective chronologique des          résultats d’analyse des chaux archéologiques n’est pas aisée. Le          corpus des fours étudiés est encore réduit, ce qui constitue un          écueil important. De plus, rappelons que les chaux retrouvées dans          des contextes d’utilisation autres que le bâtiment n’ont encore fait          l’objet d’aucune analyse. Toutefois, les résultats disponibles          permettent quelques réflexions. En premier lieu, il faut noter que          le produit issu des fours est en adéquation avec l’environnement          alentour, qu’il soit naturel (bancs calcaires) ou non          (récupération), et ce, pour toutes les périodes étudiées.          Pour l’Antiquité, bien que seulement deux fours          aient été étudiés, il apparaît clairement que les chaux produites          sont très diversifiées. En plus de la chaux aérienne grasse          recommandée par tous les auteurs antiques, les artisans ont produit          de la chaux magnésienne et de la chaux faiblement hydraulique.          Certes, le caractère volontaire de ces productions reste encore à          démontrer, mais il n’en demeure pas moins que les caractéristiques          de ces produits ont une incidence sur leur mise en œuvre, et donc          sur les gestes des artisans.          Le haut Moyen Âge, particulièrement la période          mérovingienne, est réputé pour ses mortiers de piètre qualité          (Coutelas, 2009, 76). Là encore, le nombre de sites étudiés est très          restreint, mais l’exemple de Villeveyrac (vie-viie siècles) montre le          maintien d’une technique de production de la chaux similaire à la          période antique. Sans doute faut-il chercher du côté de la phase de          gâchage pour expliquer la médiocre qualité des mortiers de cette          époque.          Au cours du second Moyen Âge, la chaux aérienne          grasse a souvent été identifiée. Elle est certainement la plus          recherchée, à une époque où la production de chaux connaît un          renouveau (Vaschalde, 2013, 489-498) et où les architectes          redécouvrent les écrits antiques faisant véritablement l’apologie          d’une chaux foisonnante et onctueuse, et donc grasse (Coutelas,          2009, 75 ; Vaschalde, 2013, 425-430). Notons toutefois que l’usage          de calcaires impurs est attesté, ce qui élargit la gamme des chaux          produites.          Enfin, au cours de l’époque moderne, la chaux          grasse est toujours fortement représentée, mais plusieurs fours ont          été alimentés avec des calcaires impurs, donnant des chaux aériennes          maigres, faiblement hydrauliques ou magnésiennes. C’est à cette          époque que les savants établissent les caractéristiques chimiques          des calcaires, et que L. J. Vicat « invente » la chaux          hydraulique18. Sans que l’on puisse          affirmer que la gamme des chaux se diversifie au cours de l’époque          moderne, il n’est sans doute pas anodin que de nombreux cas de chaux          non grasses soient mis en lumière au moment de l’invention de la          chaux hydraulique.                      5. Conclusion        Le traitement par DRX, MEB-EDS et pétrographie des        chaux non transformées découvertes dans les fours à chaux        archéologiques met en lumière une grande variété de produits        fabriqués. Il éclaire tout un pan de l’économie ancienne, qui avait        été abordé partiellement et uniquement par l’étude des mortiers. Cette        approche complète les grands axes de la recherche actuelle portant sur        la caractérisation physico-chimique des artefacts, comme la céramique,        le verre, ou encore les objets métalliques. Grâce à elle, les        problèmes de diffusion des matériaux pourront être abordés dans une        perspective d’histoire et d’archéologie de l’économie. Toutefois, elle        souffre encore, bien entendu, du trop faible nombre d’échantillons        analysés. L’analyse quantitative des productions n’est donc pas encore        envisageable, mais celle portant sur la qualité des chaux est        désormais possible.        Parmi les trois méthodes mobilisées, la diffraction        des rayons X livre les résultats les plus prometteurs, lesquels sont        renforcés par l’application d’un protocole de prélèvement précis.        Ainsi, dès l’Antiquité et jusqu’à l’aube de la Révolution        industrielle, les chaufourniers ont produit plusieurs types de chaux.        Bien que le caractère volontaire de certaines productions reste encore        à démontrer, on peut aisément distinguer deux groupes principaux de        produits, que l’on retrouve dans les gammes de chaux dès l’Antiquité.        Les chaux aériennes grasses d’abord, les plus « pures », sont les plus        couramment identifiées dans les fours. Elles sont très recherchées, et        leurs usages sont nombreux : gros œuvre et enduits fin dans le        bâtiment, artisanat et industrie, agriculture… Ensuite, un autre        groupe est constitué des chaux « impures » (aériennes maigres,        faiblement hydrauliques, hydrauliques, magnésiennes). Leur        identification dans des fours antiques et médiévaux revêt un caractère        inédit. À l’exception des chaux maigres, utilisées pour du gros œuvre        ordinaire le plus souvent, ces chaux sont surtout recherchées pour        leurs propriétés hydrauliques et/ou leur capacité à renforcer certains        matériaux de construction. Des usages dans l’agriculture sont        également possibles. Les recherches ne sont pas pour autant terminées.        Un développement à venir serait la généralisation de l’application de        la DRX à tous les fours à chaux découverts par l’archéologie, mais        aussi à toutes les chaux mises au jour dans des contextes        d’utilisation. À ce propos, une attention particulière devra être        portée aux chaux utilisées par les tanneurs, les verriers, les        savonniers, les fabricants de sucre… La massification des données        ouvrira également la voie à une analyse chronologique plus        approfondie. D’autres méthodes peuvent être mobilisées, comme        l’analyse de la fraction soluble, la spectroscopie Raman, l’analyse de        sections polies, etc. La mobilisation de ces        outils est encore rare actuellement, mais pourrait s’avérer d’un        apport important (Elsen, 2006, 1418).        L’analyse par DRX des chaux découvertes dans les        fours apporte également son lot d’informations sur les chaînes        opératoires de production. Elle éclaire d’un jour nouveau        l’identification des matières premières, les stratégies        d’exploitation, et renseigne parfois sur les températures de cuisson.        Toutefois, il reste à résoudre la question du caractère volontaire de        l’utilisation de certaines pierres, particulièrement dans les        contextes de récupération de matériaux, très couramment rencontrés au        cours de l’Antiquité tardive. Pour cela, une approche croisée        archéologique et archéométrique sur les entreprises de démontage des        monuments antiques est envisagée, en détaillant les gestes techniques        mis en œuvre pour choisir et trier les matériaux, et en confrontant        les analyses de chaux avec la nature de la matière première. Certains        sites archéologiques présentent un potentiel particulièrement        intéressant, car ils possèdent également des structures de        consommation de la chaux dans le bâtiment (fosses de stockage et/ou        gâchage), qui permettront de suivre la chaux tout au long d’une même        filière économique.