Les otolithes, croissances aragonitiques de l'oreille interne des poissons téléostéens, peuvent être utilisés comme traceurs des variations de l’environnement rencontrées par un individu au cours de sa vie. Un ensemble d’otolithes de Sciaenidae et d’Ariidae archéologiques et modernes a été étudié dans le but d'améliorer les méthodes de reconstruction paléo-environnementale utilisant les otolithes et les autres biominéraux carbonatés stratifiés. L'incorporation du strontium, l'élément lié à l'environnement le plus facilement accessible, a été étudiée par analyses ponctuelles et par cartographie de spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS). Une approche multivariée de cartographie rapide de l'environnement chimique a été mise en place pour déterminer le mode d’incorporation du Sr sur une superficie de 0,25 mm² avec une résolution micrométrique. Ces résultats démontrent pour la première fois avec une résolution latérale micrométrique sur des distances millimétriques que le Sr se substitue aléatoirement au calcium dans le réseau de l'aragonite, indépendamment de la concentration en Sr, de l’âge de l’individu ou de la période géologique. D’autre part, des cartes élémentaires sur des zones atteignant 2,6 mm² ont été collectées à des résolutions latérales micrométriques avec plusieurs techniques d'émission de rayons X (émissions provoquées par les particules des rayons X (PIXE) et fluorescence des rayons X par rayonnement synchrotron (SR-µXRF)). Ces cartes permettent l'examen détaillé de l'histoire de la vie d'un individu et de la taphonomie de l'échantillon avec une haute résolution temporelle, tout en identifiant les défauts ou les éléments abiogéniques. Enfin, la diffraction des rayons X par rayonnement synchrotron (SR-XRD) a été utilisée pour cartographier la texture cristalline sur des sections complètes d'otolithes afin d’approfondir notre connaissance de la structure interne et de la croissance des otolithes. Ces développements fournissent des outils précieux pour de futures études des biominéraux, mais plus généralement pour les sciences des matériaux. La sélection et la mise en œuvre de ces méthodes ont été réalisées dans le but d’exploiter au maximum leur fort potentiel pour l'étude des biocarbonates stratifiés, tout en tenant compte des approches existantes et en cherchant à en améliorer certains aspects tels que la profondeur d'information, la résolution latérale, la sensibilité, et les dégâts d’irradiation provoqués par les faisceau. Ce travail démontre la stabilité et l'homogénéité de l'incorporation du Sr par substitution aléatoire au Ca dans l’aragonite biogénique des otolithes modernes et archéologiques. Des cartes multi-élémentaires ont été collectées à l'aide de la SR-µXRF dans un temps raisonnable de quelques heures, et permettent de distinguer une contamination ou des défauts dans l'échantillon, mais également de corréler les cartes obtenues à des observations microscopiques des sections pour fournir une résolution temporelle. Les orientations préférentielles des cristallites composant les sections d'otolithes ont été analysées par la méthode d’acquisition rapide « flyscan », permettant de réduire le temps de mesure à quelques minutes au lieu des quelques heures nécessaires auparavant. / Otoliths, aragonitic growths in the inner ear of teleost fishes, can be used as proxies for the water conditions experienced by an individual over its lifetime. A set of archaeological Sciaenidae and Ariidae otoliths and modern counterparts was studied with the objective of improving palaeoenvironmental reconstruction methodologies using otoliths and other incremental carbonate biominerals. The incorporation of strontium, the most accessible environment-related element, was studied by X-ray absorption spectroscopy (XAS) point analyses and mapping. A fast multivariate chemical environment mapping approach was implemented to determine the mode of Sr incorporation over an area of 0.25 mm² with micrometric resolution. XAS results demonstrate for the first time with a micrometric lateral resolution over millimetric distances that strontium randomly substitutes for calcium in the aragonite lattice, independent of strontium concentration, or individual or geological age. Elemental maps on areas up to 2.6 mm² were produced with micrometric lateral resolution X-ray emission techniques (Particle-induced X-ray emission (PIXE) and synchrotron X-ray fluorescence (SR-µXRF)). These maps permit the detailed examination of an individual’s life history and sample taphonomy with a high temporal resolution while also identifying defects or abiogenic elements. Synchrotron X-ray diffraction (SR-XRD) was used to map the crystal texture on complete otolith sections and may deepen understanding of otolith internal structure and growth processes, as well as providing a valuable tool for future studies of biominerals and advanced materials. The selection and implementation of methods were carried out with a view to maximise the potential contribution to the study of stratified biocarbonates, considering and seeking to complement existing approaches in aspects including information depth, lateral resolution, sensitivity, and beam damage. This work demonstrates the stability and homogeneity of Sr incorporation by random substitution for Ca in biogenic aragonite in both modern and archaeological otoliths. Multielemental maps were collected using SR-µXRF in a reasonable time scale of a few to several hours, with the ability to distinguish contamination and defects in the sample, as well as to correlate the maps to microscopic observations of the sections to provide temporal resolution. The preferential orientations of crystallites composing the otolith sections were analysed using the rapid acquisition ‘flyscan’ method, which reduces measurement time to minutes rather than hours.

La technique du sfumato, de Léonard de Vinci, permet, par un jeu subtil des ombres et des lumières, de créer un effet vaporeux ‘sans lignes, ni contours, à la façon de la fumée'. Léonard de Vinci, pour la réalisation des ombres des carnations, superpose des glacis, fines couches de peintures translucides, composés d'un pigment sombre et très riches en liant organique. Les livres de recettes et traités de peinture anciens constituent une première source d'informations sur cette technique. La reconstitution de certaines recettes de liants suivie par la caractérisation de leurs propriétés rhéologiques et mécaniques a permis de mieux comprendre la formulation des glacis. Les critères définis par l'industrie des peintures peuvent être utilisés comme autant d'indices pour retrouver les recettes des peintres des siècles passées. L'analyse de prélèvements peut apporter certaines informations sur la formulation des couches picturales chez Leonard de Vinci et ses contemporains. La combinaison de deux méthodes d'analyse par faisceau d'ions (PIXE et BS) permet d'obtenir la proportion liant-pigment d'une couche de peinture, information jusqu'alors non accessible. Enfin, des œuvres de Léonard de Vinci ont été analysées de façon quantitative par spectrométrie de fluorescence des rayons X. En considérant l'atténuation des rayons X par absorption, il est possible de calculer la composition et l'épaisseur des couches à partir d'une modélisation de la stratigraphie de l'œuvre.

A travers l’étude par fluorescence X et diffraction de rayons X de trois grottes ornées Paléolithiques en rapport avec les questionnements des archéologues, c’est un travail de recherche physico-chimique autant que méthodologique qui est présenté au lecteur. La complexité analytique qu’il y a derrière l’étude in situ et non-invasive d’un art rupestre, a guidé notre réflexion sur le développement de procédures de traitement quantitatif des données, adaptées au site étudié (nature des pigments analysés, condition de conservation des œuvres). Cette complexité vient du fait qu’une couche picturale, tracée sur un support rocheux, est discontinue et ne recouvre pas uniformément la roche. Elle est de plus généralement peu épaisse. Pour ces raisons, une forte contribution de la paroi se retrouve dans l’information physico-chimique propre au pigment.Trois approches différentes ont ainsi été proposées pour approcher la matière picturale des grottes de Rouffignac et de Font-de-Gaume, situées en Périgord dans le sud-ouest de la France, et de la grotte de La Garma, localisée dans la région Cantabrique dans le nord de l’Espagne. L’une consiste en la semi-quantification d’oxydes discriminant le pigment de la paroi, bouclés à cent pourcent, permettant de s’affranchir de paramètres propres aux conditions expériences ; une deuxième est une semi-quantification par rapport à l’élément calcium, de sorte que la contribution de la paroi à travers la couche picturale reste la même d’un point de mesure à l’autre ; la dernière adopte une approche par simulation Monte Carlo afin de séparer clairement les informations de la paroi de celles du pigment. L’application de ces approches quantitatives a permis d’enrichir la connaissance stylistique que les archéologues en avaient, en apportant une vision physico-chimique à l’organisation des œuvres au sein de la grotte et des relations qu’elles entretiennent les unes avec les autres. Ce travail s’ouvre également au milieu karstique lui-même en intégrant à l’étude de l’art pariétal, un travail sur la genèse des faciès des parois. Le but étant d’acquérir le recul nécessaire pour mieux évaluer les interactions entre support et œuvres, et l’évolution des supports ornés, resituées dans leur contexte karstique général. / The present study is a physicochemical research as well as a methodological work, carried out through the study of three Palaeolithic caves by X-ray fluorescence and X-ray diffraction. The analytical complexity behind in situ and non-invasive study of rock art, has guided our reflexion about the development of quantitative procedures of data processing, in order to adjust them appropriately to the specificity of the site and its rock art (specific constitution of the analysed pigment and conservation condition of the ornamented wall). This complexity is due to the fact that pigment layers don’t cover uniformly the rock surface. Also, the layers are generally very thin. For this reason, in the pigment signal, the proportion of the physicochemical information specific to the substrate is very high.Three approaches have been tested in the caves of Rouffignac, Font-de-Gaume and La Garma to characterise their Palaeolithic rock art. The two first are located in the Périgord region in the south-west of France, the last one in the Cantabrian region of Spain. One is related to the semi-quantification of oxides which discriminate the pigment from the substrate, allowing to not taking account experimental condition parameters; the second is a semi-quantification related to Ca, in order that the contribution in the concentration of the substrate detected through the paint layer remains the same for each measurement point; the last one is based on a Monte Carlo simulations method to separate distinctly the pigment information to those from the wall. These quantitative approaches enhanced the stylistic knowledge of archaeologists, bringing new physicochemical insights into the organisation of the representations and their relationship with the others inside the cave. Also, this work is concerned by the karstic environment; incorporating a research on wall taphonomy to the pigment study. The aim is to access to a better appreciation of the pigment-wall interactions and their evolution during time, given their global environmental context.

Dès l'Antiquité, les oculistes, médecins spécialisés dans le soin des yeux, utilisaient des médicaments solides sophistiqués appelés collyres. Ils étaient composés de substances minérales, végétales et animales. Ce travail résulte d'une collaboration interdisciplinaire destinée à préciser la composition chimique et les structures des phases inorganiques ainsi que les procédés de fabrication de ces collyres. Les techniques analytiques mises en œuvre sont la spectroscopie Raman, la spectrométrie de fluorescence des rayons X (XRF) et la diffraction des rayons X (XRD). L'étude de la stabilité de réplicas à base de sels métalliques (plomb, zinc, cuivre, fer), fréquemment mentionnés dans les textes antiques, a permis de préciser les phases initialement présentes dans ces médicaments. Quatre collections de collyres archéologiques (Musée Gallo-Romain de Lyon, Musée d'Archéologie Nationale, Cabinet des Médailles de la BnF, Musée Atestino d'Este) ont été étudiées sur site au moyen d'instruments portables. Une méthodologie, combinant les résultats obtenus par XRF et par XRD, a été développée afin d'obtenir les proportions entre les phases inorganiques présentes. Les compositions obtenues par analyses physico-chimiques ont ainsi été comparées aux compositions décrites dans les textes anciens et, pour la première fois, des liens entre les deux ont été établis. / In the Antiquity, oculists (eye care specialised physicians) mixed mineral, vegetal and animal substances to prepare elaborate solid medicines termed collyria. In an interdisciplinary work, we investigated the chemical composition, the inorganic phases structure and the manufacturing process of such collyria. The implemented analytical techniques were Raman spectroscopy, X-ray fluorescence (XRF) and X-ray diffraction (XRD). The stability of metallic salts based replicas prepared according to ancient texts recipes was studied in order to identify the pristine phases. Four collections of archaeological collyria (Musée Gallo-Romain de Lyon, Musée d’Archéologie Nationale, Cabinet des Médailles de la BnF, Musée Atestino d’Este) were studied on site, using portable devices. A methodology combining XRF and XRD results was developed to quantify the inorganic phases distribution. For the first time, a straight relationship was established between compositions obtained by physico-chemical analysis and ancient recipes.

Ce projet a comme objectif général de participer au développement et de tester le potentiel de la méthode d’analyse par fluorescence aux rayons X du laboratoire de caractérisation non destructrice de l’Université de Montréal, en procédant à la caractérisation chimique de cherts provenant de deux carrières distinctes, exploitées à diverses périodes au cours de la préhistoire, soit celle de La Martre (DhDm-8, Gaspésie) et celle du site CkEe-28 (Témiscouata). En fonction des comportements de chacun des éléments, six d’entre eux furent sélectionnés pour effectuer la caractérisation, parmi lesquels on compte trois éléments majeurs (Si, Al, Fe) et trois éléments traces (Ba, La, Ce). D’un point de vue méthodologique, les résultats confirment que l’appareillage du laboratoire est apte à procéder à ce genre d’analyse non destructrice, tandis que sur le plan archéométrique, il s’est avéré possible de discriminer les cherts sur la base de graphiques et d’une analyse statistique discriminante. Afin de vérifier si cette caractérisation est utile et pertinente dans un cadre archéologique, l’analyse d’artéfacts en chert provenant des sites de l’anse à la Vache (DaEi-6, île Verte), Turcotte-Lévesque (DaEi-8, île Verte) et de Rimouski (DcEd-1) fut aussi effectuée dans le but de localiser l’un ou l’autre des cherts au sein des assemblages. Les résultats démontrent que la caractérisation est fonctionnelle dans un cadre archéologique, puisque les cherts des carrières de La Martre et Touladi furent repérés sur chacun des sites, à l’exception du site de Rimouski, où seul le chert Touladi semble présent. / The main objective of this project is to test, and to participate in the development of the non-destructive energy dispersive x-ray fluorescence chemical characterization method developed at the “Laboratoire de caractérisation non destructive de l’Université de Montréal”. To do so, I analyzed chert originating from two different prehistoric quarries, the La Martre quarry DhDm-8, Gaspé Peninsula, and that of quarry CkEe-28, Témiscouata, Québec. Both quarries were exploited intermittently from the Late PaleoIndian through the Archaic and into the Woodland periods. The six elements involved in the characterization, three major elements (Si, Al, Fe) and three trace elements (Ba, La, Ce), were selected because of their specific features. On one hand, results confirm that the Université de Montréal EDXRF analyzer is able to analyze with precision solid rock chips. On the other hand, by using bivariate and ternary plots, as well as discriminant analysis, I was able to distinguish one chert from the other. In order to ensure the validity of the chemical analysis, archaeological samples from sites on the St. Lawrence Estuary including Rimouski (DcEd-1), l’Anse à la Vache and Turcotte-Lévesque (DaEi-6 and DaEi-8) were tested and compared to the results for the quarry samples. Results show that the characterizatoin can be applied on archaeological artefacts since both cherts were located on every sites, except for Rimouski, where only Touladi chert was present. / En raison de la grande résolution des photographies des échantillons, celles-ci se trouvent dans un fichier complémentaire, puisque les conditions de forme imposées ne permettaient pas l'affichage intégral de ces images au sein du mémoire.

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Les assemblages lithiques dominent la plupart des sites archéologiques du Nunavik et constituent ainsi une véritable mine d’informations. Le nombre limité de travaux sur les matériaux de la côte est de la baie d’Hudson, nous a amené à nous pencher sur une source présente dans ce secteur. Notre objectif était alors de caractériser la matière première provenant de cette formation géologique, le chert Nastapoka. Pour ce faire, nous avons choisi la technique de fluorescence aux rayons X. Les résultats ont permis de constater, en plus des observations macroscopiques, la nature très variable de ce chert présentant une signature chimique complexe. Pour compléter le portrait, nous avons évalué l’utilisation du chert Nastapoka par les Paléoesquimaux par une comparaison d’analyses technologiques déjà effectuées sur les sites GhGk-4, GhGk-63 et IcGm-5. Cet examen a révélé que l’évolution des stratégies d’exploitation des matériaux lithiques dans cette région appui le continuum culturel Prédorsétien-Dorsétien observé ailleurs. / The dominant cultural material on Nunavik’s archaeological sites is lithics. As a result they constitute an important source of information on prehistoric lifeways. The lack of lithic raw materials resarchs carried out on the east coast of Hudson Bay gave us the opportunity to focus on a source in this area. The objective of this thesis research was to characterize one component of the geological formation: Nastapoka chert. In order to do this, X-ray fluorescence was chosen. The results demonstrate that it is difficult to construct a unique geochemical pattern for the source because of its variability. To complete the portrait, we take into account the technological use of Nastapoka chert by the Paleoeskimo groups by comparing three site’s studies (GhGk-4, GhGk-63 and IcGm-5). This analysis of the exploitation of this material reveals a developement from Predorset to Dorset that supports the idea of cultural continuum between the two periods.

En Europe, suite à la fermeture de nombreux sites sidérurgiques, une utilisation croissante de laitiers de haut-fourneau d’origine et d’âge variés voit le jour depuis plusieurs années. Cette évolution conduit à une diversification de la composition chimique et minéralogique des laitiers. Connaître l’influence de ces caractéristiques sur la réactivité des laitiers utilisés en substitution du clinker dans les ciments de haut-fourneau (CEM III) devient, dès lors, primordial pour assurer les performances de tels ciments. Dans ce contexte, le présent travail a pour but d’investiguer l’influence de la composition chimique et de l’âge des laitiers sur leur réactivité tant par des essais physico-mécaniques que par une caractérisation physico-chimique et minéralogique de CEM III/B à différentes échéances d’hydratation. L’effet néfaste du vieillissement des laitiers est clairement mis en exergue et son impact diffère selon la composition chimique de départ du laitier. Les ions aluminium engendrent une accélération de l’hydratation et une amélioration des résistances physico-mécaniques à jeune âge mais, à long terme, ils conduisent à une perte de ces dernières. Concernant l’influence des ions titane dans les laitiers, la tendance générale observée est une diminution des performances physico-mécaniques. Sur base de ces résultats, une évaluation de la représentativité de moyens accélérés d’estimation de la réactivité des laitiers est effectuée. Il est mis en évidence que seules les mesures de résistances physico-mécaniques classiques permettent d’évaluer correctement la réactivité des différents laitiers. Une évaluation de la détermination de la teneur en constituants de CEM III/B par la méthode Rietveld est menée par comparaison avec la méthode de dissolution sélective de la norme EN 196-4 et le dosage des constituants par pesée. Moyennant une utilisation adaptée de cette méthode, les résultats obtenus à l’aide de celle-ci sont très encourageants. In Europe, following the closure of many steel plants, an increased use of blast furnace slag (BFS) of various age and origin was born for several years. This evolution leads to a diversification of the chemical and mineralogical composition of the BFS. Knowing the influence of these characteristics on the reactivity of slag used in substitution of clinker in blast-furnace cement (CEM III) becomes, therefore, crucial to ensure the performance of such cements. In this context, this work aims to investigate the influence of chemical composition and age of BFS on their reactivity by both physico-mechanical and physico-chemical and mineralogical characterization of CEM III/B at different times of hydration. The adverse effect of ageing of BFS is clearly highlighted and its impact varies depending on the chemical composition of the BFS. Aluminum ions generate an acceleration of the hydration and improve mechanical strength at early age, but at long term, they lead to a loss of the strength. Regarding the influence of titanium ions in the BFS, the general trend is a decrease of the physical and mechanical performance. Based on these results, an assessment of the representativeness of accelerated means of estimating, the BFS reactivity is done. It is emphasized that only measures of physical and conventional mechanical strength can accurately assess the reactivity of different BFS. An evaluation of the determination of the amount of CEM III/B components by the Rietveld method is based upon comparison with the selective dissolution method from the EN 196-4 norm and components determination by weight. Through appropriate use of this method, the results obtained are very encouraging.

Les assemblages lithiques dominent la plupart des sites archéologiques du Nunavik et constituent ainsi une véritable mine d’informations. Le nombre limité de travaux sur les matériaux de la côte est de la baie d’Hudson, nous a amené à nous pencher sur une source présente dans ce secteur. Notre objectif était alors de caractériser la matière première provenant de cette formation géologique, le chert Nastapoka. Pour ce faire, nous avons choisi la technique de fluorescence aux rayons X. Les résultats ont permis de constater, en plus des observations macroscopiques, la nature très variable de ce chert présentant une signature chimique complexe. Pour compléter le portrait, nous avons évalué l’utilisation du chert Nastapoka par les Paléoesquimaux par une comparaison d’analyses technologiques déjà effectuées sur les sites GhGk-4, GhGk-63 et IcGm-5. Cet examen a révélé que l’évolution des stratégies d’exploitation des matériaux lithiques dans cette région appui le continuum culturel Prédorsétien-Dorsétien observé ailleurs. / The dominant cultural material on Nunavik’s archaeological sites is lithics. As a result they constitute an important source of information on prehistoric lifeways. The lack of lithic raw materials resarchs carried out on the east coast of Hudson Bay gave us the opportunity to focus on a source in this area. The objective of this thesis research was to characterize one component of the geological formation: Nastapoka chert. In order to do this, X-ray fluorescence was chosen. The results demonstrate that it is difficult to construct a unique geochemical pattern for the source because of its variability. To complete the portrait, we take into account the technological use of Nastapoka chert by the Paleoeskimo groups by comparing three site’s studies (GhGk-4, GhGk-63 and IcGm-5). This analysis of the exploitation of this material reveals a developement from Predorset to Dorset that supports the idea of cultural continuum between the two periods.

Cette étude porte sur l’analyse des céramiques de style à bandes – mieux connues dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de waveline pottery – produites dans le nord de l’Égée aux périodes archaïque et classique. Cette catégorie de récipients, dont les formes et l’ornementation s’inspirent principalement des productions issues des ateliers micrasiatiques des VIIe et VIe siècles av. J.-C., jouit d’une vaste distribution en Thrace et en Macédoine orientale. Elle regroupe une importante variété de vaisselles d’usage courant utilisées pour le service et le stockage des denrées. Cette recherche propose de dresser le portrait de la production et de la diffusion de ces céramiques en Égée du Nord par le biais de l’étude de céramiques recueillis sur sept colonies grecques établies entre le Strymon et le golfe de Maronée et six sites de l’arrière-pays thrace. Elle vise à rassembler, au moyen de données archéologiques et archéométriques, des informations sur les milieux de production, les réseaux d’échanges et les habitudes de consommation de la clientèle à l’égard de ces céramiques. Le volet archéologique vise d’abord à définir le répertoire des formes, des décors et des pâtes argileuses, puis à déterminer l’étendue et le cadre chronologique de la production. Le volet archéométrique porte sur des analyses physico-chimiques en laboratoire (spectrométrie de fluorescence par rayons X) visant à caractériser et à déterminer l’origine de 200 des 540 céramiques recensées. Le corpus est principalement constitué d’échantillons mis au jour sur les sites d’Argilos, de Thasos, de Bergè et de Phagrès, en Macédoine orientale. L’inédit de la recherche réside dans l’opportunité qu’elle offre aux archéologues de dater et d’identifier l’origine des céramiques à bandes, entraînant des répercussions directes sur les discussions portant sur les milieux de production, les réseaux de circulation, les relations interrégionales et les habitudes de consommation à l’égard de ces céramiques. dans le nord de l’Égée entre les VIIe et IVe siècles av. J.-C. / This research aims to shed light on the production and diffusion of the Waveline pottery made in the Northern Aegean during the Archaic and Classical periods. It is based on the study of unpublished finds recovered from seven Greek colonies established between the Strymon River and the Gulf of Maronea, and six sites of the Thracian hinterland. More specifically, it seeks to gather information regarding workshops, trading networks, and consumption habits through typo-stylistical, distribution, and archaeometric analyses. The primary goal of this study is the detailed analysis of the finds according to their stratigraphic contexts in order to define the range of shapes, stylistic patterns, and clay fabrics of the ceramic series, and to establish diffusion patterns and chronology. A second objective, based on laboratory analysis, is to characterize the geochemical composition of 200 of the 540 identified vessels in order to determine their provenance (using X-ray fluorescence spectrometry). The corpus contains samples from Argilos, Thasos, Berge, and Phagres, four of the main sites covered by this study. The novelty of this research lies in the opportunity it provides for archaeologists to date and identify more precisely the origin of the North-Aegean waveline pottery, leading to direct impact on discussions related to workshops, trading networks, and inter-relationships between the studied sites. Considered from the perspective of circulation and exchange, the study of the Waveline pottery contributes to advancing knowledge on the economic, cultural, and social history of the Northern Aegean between the 7th and 4th centuries B.C. / Thèse doctorale effectuée en cotutelle au département d'histoire de l'Université de Montréal et à l'École doctorale d'archéologie de l'Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne - UMR 7041, Archéologies et Sciences de l'Antiquité - Archéologie du monde grec.