Fin du mystère de l'amulette de Mehrgarh, plus ancien témoignage de fonte à la cire perdue

L'amulette de Mehrgarh est le plus ancien objet fabriqué à la cire perdue, il y a environ 6000 ans. Le secret de fabrication de cette amulette en cuivre a été résolu, grâce l'imagerie spectrale de photoluminescence UV/visible.
Vue du site archéologique MR2 à Mehrgarh occupé de 4 500 à 3 600 ans avant J.-C. où a été retrouvée l'amulette. Photo: C. Jarrige, Mission archéologique de l'Indus.
Grâce à cette technologie, on connait maintenant la pureté du cuivre, la températures de fusion et de solidification, et tous les paramètres de conception de cet objet.

Cette étude a permis aux scientifiques de percer le mystère de l'invention de la fonte à la cire perdue, une technique à l'origine de la fonderie d'art.

L'amulette de Mehrgarh, en cuivre, a été découverte dans les années 1980 sur une zone occupée il y a 6000 ans, à Mehrgarh, aujourd’hui au Pakistan. Sa forme indique qu'elle a été conçue avec la première technique de fonderie de précision : la fonte à la cire perdue (encore utilisée de nos jours). Cette technique part d'un modèle sculpté dans un matériau à bas point de fusion comme la cire d'abeille. Ensuite, le modèle est enrobé de terre argileuse, l'ensemble chauffé pour évacuer la cire, puis cuit. Le moule est alors rempli de métal en fusion puis brisé pour libérer l'objet métallique.
Photographie de l'amulette de Mehrgarh, plus ancien témoignage de fonte à la cire perdue. Photo: D. Bagault, C2RMF.
On n'en savait pas plus sur la fabrication de cette amulette en cuivre, jusqu'à cette nouvelle approche par photoluminescence, qui vient de révéler une structure interne… étonnante !
Aujourd'hui majoritairement composée d'oxyde de cuivre (cuprite), l'amulette émet pourtant une réponse non uniforme sous illumination UV/visible. En effet, entre les dendrites formées au début de la solidification du métal en fusion, les chercheurs ont découvert des bâtonnets, invisibles avec toutes les autres approches testées. La forme et la disposition de ces bâtonnets ont permis à l'équipe de reconstruire la chaîne de fabrication de l'amulette avec un niveau de détail sans précédent pour un objet aussi corrodé.
Il y a 6000 ans, après solidification à haute température du cuivre la constituant, l'amulette était composée d'une matrice de cuivre pur constellée de bâtonnets de cuprite, une conséquence des conditions oxydantes de la fonte. Avec le temps, le cuivre de la matrice s'est également corrodé en cuprite. Le contraste observé par photoluminescence résulte d'une différence de défauts cristallins entre les deux cuprites présentes : des atomes d'oxygène sont manquants dans la cuprite des bâtonnets, défaut qui n'existe pas dans celle formée par corrosion.
Images comparées de photoluminescence à haute dynamique spatiale (PL, haut) et de microscopie optique (bas), d'une portion d'un des rayons de l'amulette. L'image PL révèle une structure eutectique en bâtonnets invisible par toute autre technique testée. Grâce à cette image, le procédé de fabrication de l'amulette peut enfin être expliqué. Photo T. Séverin-Fabiani, M. Thoury, L. Bertrand, B. Mille, IPANEMA, CNRS / MCC / UVSQ, Synchrotron SOLEIL, C2RMF.
Cette nouvelle technique d'imagerie, à haute résolution et très grand champ de vue, a permis d'identifier le minerai, du cuivre particulièrement pur, la teneur en oxygène absorbée par le métal en fusion, et même les températures de fonte et de solidification (proche de 1072°C).
Cette découverte illustre le potentiel de cette nouvelle approche d'analyse qui pourra être appliquée à l'étude d'une très large gamme de systèmes complexes : matériaux semi-conducteurs, composites… et bien sûr objets archéologiques.
Source:

• CNRS: "Fin du mystère de l'amulette : son altération cachait le secret de sa fabrication"