Recherche chimico-technologique et datation par AMS au radiocarbone de fragments de peinture murale provenant des ruines de l’église des XIIe-XIIIe siècles de notre ère, issus de fouilles archéologiques dans la ville de Smolensk, Russie

Tous les vestiges des temples, construits dans la période précédant l’invasion mongole sur les terres de la Rus’ en 1237 AD-1240 AD, sont considérés comme des découvertes archéologiques rares. Cependant, aucun des complexes archéologiques connus précédemment associés aux anciens temples russes n’a été examiné à l’aide d’un complexe de méthodes de recherche scientifique naturelle, y compris la mise en œuvre parallèle d’analyses chimiques et technologiques d’échantillons de peintures murales (l’étude de la base de plâtre ; la détermination des pigments utilisés dans les peintures) et la datation au radiocarbone des fragments muraux contenant du carbone et des éléments de maçonnerie du temple par spectrométrie de masse atomique.

En 2012 après JC, 61 ans après la dernière découverte similaire, les restes d’une ancienne église russe inconnue jusqu’alors ont été découverts de manière inattendue lors de fouilles archéologiques dans la ville de Smolensk, au niveau de la rue Krasnoflotskaya 1-3. La superficie reconstruite de ce temple à dôme unique à quatre colonnes et galeries est d’environ 250-300 m2. Dans le contexte de la topographie historique, il était situé sur le site du territoire médiéval appelé  » Pyatnitsky End « , sur la rive droite du ruisseau Pyatnitsky, qui coulait au fond d’un ravin de 7-10 m de profondeur. Le territoire sur lequel l’église a été trouvée jouxte le côté extérieur de la ligne de traçage de la section détruite du mur de fortification du Kremlin de Smolensk, construit en 1595 AD-1602 AD, non loin de l’endroit où se trouvait auparavant la tour Pyatnitskaya, aujourd’hui disparue (Fig. 1), et se trouve sur la rive gauche du Dniepr à une distance d’environ 150 m de la rive.

En 2012, les spécialistes de l’équipe de recherche du Bureau archéologique de la capitale ( » CAB « ) ont effectué un dégagement préliminaire des fragments du temple trouvé, après quoi ces fragments ont été étudiés par une équipe d’archéologues architecturaux de l’Institut d’archéologie de l’Académie des sciences de Russie. A cette époque, le groupe de recherche  » CAB  » a mené des fouilles archéologiques sur le territoire adjacent au temple. La zone d’étude près du temple (fouille 1) était constituée des sections  » Introduction  » et  » Résultats et discussions  » d’une superficie totale de 205 m2, mesurant 10 × 10 et 10 × 10,5 m (Fig. 2), divisée en carrés de 2 × 2 m. Les dépôts lithologiques dans la fouille d’une capacité allant jusqu’à 3,2 m étaient composés de limon sableux de teintes brunes et grises. La couche culturelle préservée contenait des artefacts et des objets enfouis des Xe-XVIe siècles après J.-C. : des vestiges de bâtiments d’un espace commercial des XIe-XIIIe siècles après J.-C. sous la forme de 95 trous de piliers et une nécropole des XIIIe-XVIe siècles après J.-C., qui comprenait 91 sépultures (Fig. 2). La couche culturelle a été désassemblée selon des couches nominales (2-9) d’une épaisseur de 0,20 m chacune avec une organisation spatiale instrumentale des objets et des découvertes .

Le site le plus significatif traversant le mur oriental de la zone investiguée (fouille 1, ligne de carrés 10-15-20-25) était la structure 4, avec la superficie de 6,4 m2 (Fig. 2). Il s’agissait de la partie sud-ouest des galeries de l’ancienne église russe, construite chronologiquement plus tard que l’église elle-même, et datée du XIIIe siècle après J.-C.. La fondation des galeries, dégagée sur une surface de 6,4 m2 et constituée de blocs allongés à bords lissés dont la taille longitudinale est de 11-23 cm, a été creusée dans le sol à partir du niveau de la couche 6 (- 108 à – 117 cm du zéro nominal) jusqu’à la profondeur de 0,5 m jusqu’aux niveaux, correspondant aux couches 7-8.

Un grand nombre d’objets liés à l’aménagement et à la décoration de cette église a été retrouvé dans les couches 6-8 de la fouille 1 : des fragments d’une peinture murale, des vitres de fenêtres, une partie d’un haut-parleur vocal en argile céramique (pot en argile intégré dans la maçonnerie des murs, renversé dans la partie intérieure de l’édifice. Les haut-parleurs vocaux étaient utilisés pour réduire la charge sur les murs des bâtiments et pour améliorer les propriétés acoustiques des locaux), des détails de cadres en plomb de fenêtres et des fragments de carreaux émaillés. En 2013, après l’achèvement du travail des archéologues architecturaux, l’équipe de recherche de  » CAB  » a effectué la conservation des vestiges découverts de l’église, au cours de laquelle les échantillons de charbon et de bois provenant de la maçonnerie et des structures du vieux temple russe ont été sélectionnés pour une datation au radiocarbone AMC. Le bois des structures de l’église a également été collecté pour une analyse dendrologique. Les morceaux de charbon de bois sélectionnés pour la recherche faisaient partie du mortier de maçonnerie du temple pour lequel ils avaient été spécialement préparés. Des fragments de planches de bois du temple prélevés pour la recherche étaient sévèrement carbonisés, ce qui indique un incendie dans le temple, qui a détruit ses structures en bois.

Des morceaux de vitraux, des agrafes de plomb, des tuiles vernissées (Fig. 3), une planche de chêne du temple (Fig. 4) et des fragments de peintures murales (Fig. 5) trouvés lors de la fouille 1, nous permettent d’avoir une image partielle de sa disposition originale. Les structures en bois à l’intérieur de l’église, selon les résultats de l’analyse dendrologique, étaient en chêne, les planchers et, peut-être, les éléments des murs étaient décorés de carreaux émaillés de couleurs jaune-brun et rouge foncé, de petits morceaux de verre dans des clips en plomb d’environ 10 cm de long étaient utilisés dans la construction des fenêtres et les tons de couleur principale des peintures murales étaient bleu foncé et vert.

Méthodologie de recherche des échantillons

Les fragments de peinture murale ont été examinés à l’aide de la datation par AMC au radiocarbone, XRD, SEM/EDS. La microscopie optique a également été utilisée pour les observations visuelles des échantillons de peintures murales. Plusieurs échantillons de peintures murales ont été utilisés pour la datation AMS au radiocarbone. Nous avons eu la possibilité d’étudier 12 autres fragments de peintures murales (Fig. 6) d’une taille moyenne d’environ 5 cm2 et d’une épaisseur de 1,8-2,3 cm, représentant les restes de peintures murales non reconstruites sur fond de compositions décoratives et de restes de vêtements des personnages autrefois représentés.

Datation AMS au radiocarbone

Pour déterminer l’âge radiocarbone des fragments de peintures murales, une datation AMC au radiocarbone de 4 échantillons de fragments de peintures murales, a été réalisée au Centre d’études isotopiques appliquées (CAIS) de l’Université de Géorgie, aux États-Unis. Les échantillons de carbonates et de charbon provenant des fragments de la peinture murale ont été analysés par la technique AMS selon la méthode établie, normalement utilisée pour les objets d’art. Les échantillons ont été traités avec 5% de HCl à 80 °C pendant 1 h, puis lavés avec de l’eau désionisée à travers le filtre en fibre de verre, et rincés avec du NaOH dilué pour éliminer une éventuelle contamination par des acides humiques. Les échantillons ont ensuite été traités à nouveau avec du HCl dilué, lavés avec de l’eau désionisée, et séchés à 60 °C. Pour l’analyse AMS, les échantillons nettoyés ont été brûlés à 900 °C dans des ampoules scellées sous vide en présence de CuO. Le dioxyde de carbone résultant a été cryogéniquement purifié des autres produits de la réaction et converti par cata-lyse en graphite en utilisant la méthode de Vogel et al. (1984). Les rapports 14C/13C du graphite ont été mesurés à l’aide du spectromètre de masse à accélérateur de 0,5 MeV du CAIS. Les rapports des échantillons ont été comparés au rapport mesuré à partir de l’étalon I d’acide oxalique (NBS SRM 4990).

Par la suite, les résultats de la datation au radiocarbone AMC des fragments des peintures murales ont été comparés aux résultats de la datation au radiocarbone par une méthode similaire des échantillons prélevés sur les éléments contenant du carbone des vestiges architecturaux du temple – maçonnerie de mortier de chaux et planches de chêne brûlé.

Diffractométrie X-RAY

Afin de déterminer la composition et la structure de la base en plâtre des peintures murales et des pigments de couleurs bleue, verte, brune qui ont été utilisés dans la création des peintures murales de l’église, les échantillons n° 1-12 (Fig. 6) ont été analysés. Les études ont été réalisées sur un diffractomètre à rayons X ARL X’TRA avec une radiation Cu Kα (anode en cuivre) et une tension d’accélération de 35 kV ; le courant du faisceau était de 40 mA ; la gamme d’angle était de 3-80° ; avec un pas d’angle de 0,02°. Le poids de chacun des échantillons était de 10 mg. Les composés ont été identifiés en utilisant la base de données PDF-2 de l’International Center for Diffraction Data (ICDD). Lors de l’étude de l’échantillon n° 1, le diffractogramme du fragment original de la peinture murale a été pris, la couche d’encre sur la surface était intacte. Sur les surfaces des fragments de peinture murale (échantillons n° 1-12), un échantillon de la couche de peinture a été prélevé mécaniquement, qui captait partiellement la couche de truelle de la base du plâtre mural, qui comprenait de la kaolinite. L’échantillon obtenu a été réduit en poudre avec une taille de particule ne dépassant pas 20 microns. L’échantillon suivant de la base de plâtre d’une taille de 2 × 2 mm a été prélevé dans les parties internes de ces fragments de la peinture murale (échantillon n° 1), qui n’ont pas été exposés à l’air : à cet effet, l’échantillon de peinture murale a été débarrassé mécaniquement des contaminants de surface et de la poussière.

Microscopie électronique à balayage

A des fins d’analyse élémentaire de la base de plâtre de l’échantillon n° 1 et de comparaison qualitative de la composition du mélange de peinture des échantillons n° 1, 3-12 (Fig. 6), ces échantillons ont été analysés pour sur un microscope électronique-ion à balayage Quanta 3D 200i fabriqué par FEI (Hollande). L’étude a été menée en mode de vide faible dans la vapeur d’eau pour éviter les problèmes de charge électrique des échantillons non conducteurs, en utilisant des échantillons de référence conformément à l’algorithme proposé par Pukhov et Kurbatov . Lors de l’analyse SEM/EDS, le calcul quantitatif de la composition élémentaire peut être effectué correctement dans les conditions suivantes : l’échantillon a une composition élémentaire homogène dans la zone de balayage de la sonde électronique ; la surface de l’échantillon ne présente pas de rugosités dont la taille dépasse 30-300 nm, selon la tension d’accélération utilisée, c’est-à-dire que la surface de l’échantillon doit être polie lors de l’analyse à une zone suffisamment grande.

L’analyse qualitative de la base de plâtre pour l’échantillon n° 1 a été effectuée dans sept zones de recherche (Fig. 10a). La préparation des échantillons pour l’analyse élémentaire a consisté à scier l’échantillon n° 1 avec une roue diamantée jusqu’à obtenir une coupe régulière. Aucune préparation spéciale des échantillons pour déterminer la composition chimique des pigments situés à la surface des échantillons no 1, 3-12 n’a été effectuée. En raison de la subtilité et de la fragilité des couches colorées sur les échantillons étudiés de la peinture murale, il était impossible de les polir lors du processus de préparation des échantillons. Par conséquent, l’analyse SEM/EDS a eu lieu sur la surface naturelle irrégulière de la couche de peinture, ce qui nous a empêché d’obtenir les données pour le calcul quantitatif approprié de la composition élémentaire des couches de peinture étudiées sur les fragments de la peinture murale.

Microscopie optique

Les échantillons de peinture murale n° 1, 7-9 (Fig. 6) ont été examinés sous un stéréomicroscope LEICA MZ 125 (Allemagne) en lumière polarisée simple réfléchie et transmise à un grossissement de 40 fois et ont été photographiés sous différents angles à l’aide d’un microscope optique KEYENCE VH-Z100UR (Microscope Multi Scan ; Japon). Le grossissement 3D de l’échantillon n° 1 est démontré sur les axes de l’image. La structure de la base en plâtre des fragments de peinture murale a également été étudiée, ainsi que les pigments.