Light in the cave: Opal coating detection by UV-light illumination and fluorescence in a rock art context

The formation of silica coatings on the cave walls of the Points cave raises questions about the analytical access to the specificities of the pictorial material (geochemistry and petrography); and about the state of conservation of the rock art. Conventional in situ spectroscopic techniques (pXRF, pRaman) are ineffective to identify and characterize these coatings. In this study, we propose to use a UV fluorescence method for the detection and recognition of opaline coatings, based on the fluorescence specificities of the uranyl-silica complexes composing these deposits. Spectral identification using UV laser-induced fluorescence spectroscopy coupled with UV illumination was performed on samples, µ-samples and on the walls of the Grotte aux Points rock art site. The well-defined peaks observed in the fluorescence emission spectra due to uranyl ions validate the detection of the complex opal-uranyl and its correspondence with the green fluorescence observed under UV light at micro and macroscopic scales. In situ optical measurements under UV illumination reveal the presence of an opal layer, in particular on the rock art walls of the cave. Observations on the occurrence and distribution of opal provide the first insights into the evolution of the walls and the chronological constraints on the development of the opal layer. regarding the interactions between the silica coating and the pigment suggested by the multi-scale observations of the µ-samples, it opens the question of rock art conservation. Thus, by developing a specific method of non-destructive characterization of opal coatings, this study starts a new approach for the study of the taphonomy of decorated walls and proposes to use siliceous mineralization both as a marker of the natural history of caves and as an index of their use by ancient human groups

A geological collection and methodology for tracing the provenance of Palaeolithic colouring materials

Although prehistoric sites frequently contain numerous fragments and traces of many different kinds of colouring matter, intensive study of this type of archaeological remains began only recently. Such studies, aimed at determining how raw materials formed and changed over time, and how they were transported by the groups of humans who used them, are extremely valuable as they reveal shared strategies, that is, cultural traditions and the spaces in which they developed. The scope of this paper focusses on the description of the main geological contexts in which ferruginous colouring materials form and are found. In the framework of a collective research program called Pigmentothèque (iron- and manganese-rich rocks and minerals library), geological surveys are conducted taking into consideration the geological settings in which colouring materials are present and using a common record and sampling methodology which is followed by petrophysical, mineralogical and chemical analyses based on a shared procedure and vocabulary. In order to go beyond descriptions based solely on colour and chemical composition, we describe the great variety of iron-rich materials that can be used to obtain colouring matter. This diversity in the formation and evolution of iron-rich materials must be taken into account when trying to understand past humans’ choices of raw materials, their provenance and the anthropogenic and natural modifications they have undergone. We also describe criteria for recognising cohesive remains of colouring matter during archaeological excavations, so these artefacts can take their place alongside other mineral resources in helping improve our understanding of past societies

L’apport de la physico-chimie pour la compréhension de la matière picturale en art pariétal

International audienc

Étude intégrée de l'art pariétal : construction d'un dialogue entre taphonomie et matières colorantes

Working on rock art is a challenge because developments aimed at understanding its functions, its place in culture and its social role in ancient societies will always remain hypothetical. Research focused on colouring materials is nonetheless helping to build up knowledge about these societies. These societies used techniques, skills and knowledge to identify, extract and transform colouring raw materials before depositing them in a layer of pictorial material on the walls of caves or rock shelters. These different concepts open the door to research into the relationships that these past societies had with their environment, whether natural or cultural. To meet these knowledge challenges, the integrated approach used to study rock art involves new dynamics, particularly interdisciplinary, by mobilising the fields of archaeology, materials science and geosciences. The research carried out in recent years is firmly in line with this approach. The aim is to analyse the indices contained in the various remains of colouring materials, from their genesis to their application, by examining the roles (and interactions) of the support and alterations on their composition. The methods developed to meet these knowledge challenges are based on the physical chemistry of materials. Microscopic and spectroscopic methods are used to characterise these materials at different scales and to understand the different types of alteration that occur when they are applied to rock walls or buried. The taphonomic approach is essential for understanding the spatial nature of the different states of the paints and reconstructing their trajectories over time. Furthermore, by investigating the links between the ornate sites and the various sources of supply of colouring materials, we can address the spatiality of the territories and geographies of past societies, as well as the exchanges that may have taken place between different communities.Only an integrated approach that examines graphic acts in their entirety and in their different contexts can hope to provide some answers to the issues of chronology and the space occupied by ancient societies. This manuscript for the « Habilitation à Diriger des Recherches » takes stock of previous work and reviews current research into colouring materials and, more generally, rock art. It is also an opportunity to present the dynamics of this work in a research group that is essential for establishing a shared framework of knowledge.Travailler sur l’art rupestre et pariétal est un défi car les développements visant la compréhension de ses fonctions, de sa place dans la culture et de son rôle social dans les sociétés anciennes resteront toujours du domaine de l’hypothèse. Les recherches centrées sur les matières colorantes permettent néanmoins de construire des connaissances sur ces sociétés. Elles ont en effet eu recours à des techniques, des savoir-faire et des connaissances pour identifier, extraire et transformer les matières premières colorantes avant de les déposer en une couche de matière picturale sur les parois des grottes ou d’abris-sous-roche. Ces différentes notions ouvrent vers la recherche des relations que ces sociétés passées entretenaient avec leur environnement, qu’il soit naturel ou culturel. Pour répondre à ces enjeux de connaissance, l’approche intégrée des sites ornées engage de nouvelles dynamiques, notamment interdisciplinaires en mobilisant les champs de l’archéologie, des sciences des matériaux et des géosciences. Les recherches menées au cours de ces dernières années s’inscrivent résolument dans cette approche. Elles ont pour objet l’analyse des indices contenus dans les différents vestiges de matières colorantes, depuis leur genèse jusqu’à leur application en interrogeant les rôles (et interactions) du support et des altérations sur leur composition. Les méthodes développées pour répondre à ces enjeux de connaissance relèvent de la physico-chimie des matériaux. Les méthodes microscopiques et spectroscopiques sont ici mobilisées pour caractériser ces matières à différentes échelles et comprendre les différentes natures de leur altération suite à leur application sur les parois ou lors de leur enfouissement. L’approche taphonomique est indispensable pour comprendre la spatialité des états différents des peintures et reconstituer leurs trajectoires dans le temps. Par ailleurs, en recherchant les liens entre les sites ornés et les différentes sources d’approvisionnement de matières colorantes, on aborde la spatialité des territoires et des géographies des sociétés passées ainsi que les échanges pouvant exister entre les différentes communautés.Seule une approche intégrée questionnant les actes graphiques dans leur globalité et leurs différents contextes peut prétendre apporter des éléments de réponse à ces enjeux de chronologie et d’espace investi par les sociétés anciennes. Ce manuscrit d’habilitation à diriger des recherches fait le point sur les travaux antérieurs et dresse un état des lieux des recherches actuelles sur les matières colorantes et plus généralement sur l’art pariétal. C’est l’occasion également de présenter la dynamique de ces travaux dans un collectif de recherche essentiel pour poser un cadre partagé de connaissances

CARACTERISATION DES OXYDES DE MANGANESE ET USAGE DES PIGMENTS NOIRS AU PALEOLITHIQUE SUPERIEUR

Palaeolithic men used two main colors: red (natural hematite pure or mixed with clays) and black (charcoal or manganese oxides). These pigments could be prepared by grinding, mixing and perhaps heating. Physicochemical analyses attempt to determine the nature of the matter, its preparation mode and its provenance.Different phases of manganese oxide are distinguished by their elemental composition, their structure and the oxidation state of Mn ion (II, III, IV). Structural transformation of manganese oxides during heat-treatment could be observed by means of TEM. Specific marks allow the distinction between natural or heat-treated manganese oxides, such as pores in bixbyite phase (Mn2O3).Archaeological samples from various sites Palaeolithic in France and Spain were studied. From these analyses, new conclusions are drawn concerning the technical competence of prehistoric men. The samples from caves present both mixed and raw pigments. However black heated pigments have never been found in the studied samples.La plupart des peintures pariétales du Paléolithique supérieur sont rouges (hématite naturelle pure ou en mélange avec des argiles) ou noirs (charbon ou oxyde de manganèse). Ces pigments ont été préparés par broyage, mélange et peut-être chauffage. Les analyses physico-chimiques permettent de déterminer la nature du matériau, son mode de préparation et éventuellement sa provenance.Les diverses phases d'oxyde de manganèse se distinguent par leur composition chimique, leur structure et l'état de valence de l'ion Mn (II, III, IV). La transformation structurale des oxydes lors d'un traitement thermique a été suivie par MET. Ce travail nous a conduit à déterminer des stigmates caractéristiques d'un chauffage, comme des pores dans la bixbyite (Mn2O3).L'analyse d'échantillons archéologiques provenant de France et d'Espagne a permis d'évaluer le niveau technique des Préhistoriques. La matière picturale est constituée de pigment brut ou mélangé. Cependant aucun pigment noir chauffé n'a été identifié dans les prélèvements analysés

Étude intégrée de l'art pariétal : construction d'un dialogue entre taphonomie et matières colorantes

Working on rock art is a challenge because developments aimed at understanding its functions, its place in culture and its social role in ancient societies will always remain hypothetical. Research focused on colouring materials is nonetheless helping to build up knowledge about these societies. These societies used techniques, skills and knowledge to identify, extract and transform colouring raw materials before depositing them in a layer of pictorial material on the walls of caves or rock shelters. These different concepts open the door to research into the relationships that these past societies had with their environment, whether natural or cultural. To meet these knowledge challenges, the integrated approach used to study rock art involves new dynamics, particularly interdisciplinary, by mobilising the fields of archaeology, materials science and geosciences. The research carried out in recent years is firmly in line with this approach. The aim is to analyse the indices contained in the various remains of colouring materials, from their genesis to their application, by examining the roles (and interactions) of the support and alterations on their composition. The methods developed to meet these knowledge challenges are based on the physical chemistry of materials. Microscopic and spectroscopic methods are used to characterise these materials at different scales and to understand the different types of alteration that occur when they are applied to rock walls or buried. The taphonomic approach is essential for understanding the spatial nature of the different states of the paints and reconstructing their trajectories over time. Furthermore, by investigating the links between the ornate sites and the various sources of supply of colouring materials, we can address the spatiality of the territories and geographies of past societies, as well as the exchanges that may have taken place between different communities.Only an integrated approach that examines graphic acts in their entirety and in their different contexts can hope to provide some answers to the issues of chronology and the space occupied by ancient societies. This manuscript for the « Habilitation à Diriger des Recherches » takes stock of previous work and reviews current research into colouring materials and, more generally, rock art. It is also an opportunity to present the dynamics of this work in a research group that is essential for establishing a shared framework of knowledge.Travailler sur l’art rupestre et pariétal est un défi car les développements visant la compréhension de ses fonctions, de sa place dans la culture et de son rôle social dans les sociétés anciennes resteront toujours du domaine de l’hypothèse. Les recherches centrées sur les matières colorantes permettent néanmoins de construire des connaissances sur ces sociétés. Elles ont en effet eu recours à des techniques, des savoir-faire et des connaissances pour identifier, extraire et transformer les matières premières colorantes avant de les déposer en une couche de matière picturale sur les parois des grottes ou d’abris-sous-roche. Ces différentes notions ouvrent vers la recherche des relations que ces sociétés passées entretenaient avec leur environnement, qu’il soit naturel ou culturel. Pour répondre à ces enjeux de connaissance, l’approche intégrée des sites ornées engage de nouvelles dynamiques, notamment interdisciplinaires en mobilisant les champs de l’archéologie, des sciences des matériaux et des géosciences. Les recherches menées au cours de ces dernières années s’inscrivent résolument dans cette approche. Elles ont pour objet l’analyse des indices contenus dans les différents vestiges de matières colorantes, depuis leur genèse jusqu’à leur application en interrogeant les rôles (et interactions) du support et des altérations sur leur composition. Les méthodes développées pour répondre à ces enjeux de connaissance relèvent de la physico-chimie des matériaux. Les méthodes microscopiques et spectroscopiques sont ici mobilisées pour caractériser ces matières à différentes échelles et comprendre les différentes natures de leur altération suite à leur application sur les parois ou lors de leur enfouissement. L’approche taphonomique est indispensable pour comprendre la spatialité des états différents des peintures et reconstituer leurs trajectoires dans le temps. Par ailleurs, en recherchant les liens entre les sites ornés et les différentes sources d’approvisionnement de matières colorantes, on aborde la spatialité des territoires et des géographies des sociétés passées ainsi que les échanges pouvant exister entre les différentes communautés.Seule une approche intégrée questionnant les actes graphiques dans leur globalité et leurs différents contextes peut prétendre apporter des éléments de réponse à ces enjeux de chronologie et d’espace investi par les sociétés anciennes. Ce manuscrit d’habilitation à diriger des recherches fait le point sur les travaux antérieurs et dresse un état des lieux des recherches actuelles sur les matières colorantes et plus généralement sur l’art pariétal. C’est l’occasion également de présenter la dynamique de ces travaux dans un collectif de recherche essentiel pour poser un cadre partagé de connaissances