Soutenance de thèse de Franck Baton

Titre : Effets de la carbonisation oxygénée sur le signal isotopique (ð13C) du bois : vers une dendroclimatologie isotopique sur charbons archéologiques

Les membres du jury sont :

Mme Christine HATTé, Chercheur CEA, LSCE, rapporteur
M. Girolamo FIORENTINO, Professeur associé, Université de Salento, Lecce (Italie), rapporteur
M. François BAUDIN, Professeur, Université Pierre et Marie Curie, examinateur
M. Olivier GIRARDCLOS, Ingénieur d'études CNRS, UMR6249, Université de Franche-Comté, Besançon,examinateur
Mme Sylvie DERENNE, Directeur de recherche CNRS, UMR7619, directrice de thèse
Mme Alexa DUFRAISSE, Chargée de recherche CNRS, UMR7209, Muséum national d'Histoire naturelle, encadrante
Mme Thanh Thuy NGUYEN TU, Maître de conférences, Université Pierre et Marie Curie, encadrante

Résumé : Les charbons de bois trouvés en contexte archéologique permettent de reconstituer les couverts forestiers passés et les pratiques sylvicoles associées. Le δ13C de ces charbons a été utilisé pour des reconstructions paléoclimatiques, cependant ses variations peuvent aussi être dues à la carbonisation. Afin de mieux contraindre, à l'échelle du cerne, les variations du  δ13C du bois dues à la carbonisation, des carbonisations ont été faites avec des échantillons de chêne cadicufoliés en conditions proches des foyers domestiques. Une diminution du δ13C après la carbonisation a été observée. Cet effet est très variable, notamment en fonction du compartiment du bois considéré (aubier, duramen, bois initial, bois final). Ces mesures de δ13C ont été complétées par celles du taux de carbone montrant  qu'il ne varie pas parallèlement au  δ13C . De ce fait, l'utilisation prônée par certains travaux, du taux carbone pour évaluer les variations de δ13C  à la suite de la carbonisation n'est pas  pertinente. Cependant, les variations cerne à cerne et intracerne du δ13C ne sont pas significativement affectées par la carbonisation, et des reconstructions climatiques à partir du δ13C de bois carbonisés paraissent donc envisageables.
Afin de tester cette approche cerne à cerne, plusieurs charbons archéologiques issus du site néolithique de Chalain, dont les paléoclimats étaient bien documentés, ont été échantillonnés. Cette approche a été couplée à des mesures dendro-anthracologiques (largeurs des cernes, proportion du bois final, rayon de courbure et proportion de vaisseaux avec des thylles) afin de mieux comprendre les variations de δ13C mesurées, et de tenter de les coupler aux pratiques sylvicoles. Les valeurs de δ13C sont en accord avec les paléoclimats déjà inférés et les variations intra-cerne, ou saisonnières, de δ13C révèlent que la période froide était caractérisée par des saisons plus contrastées. Les mesures dendro-anthracologiques ont permis, entre autres, de préciser les variations de δ13C entre les différents compartiments du bois et de proposer une interprétation concernant les variations des pratiques sylvicoles en lien avec le climat.
En conclusion, la carbonisation oxygénée provoque un abaissement des valeurs de δ13C du bois mais n'empêche pas les reconstructions paléo-climatiques à partir de leurs variations, notamment saisonnières, mesurées sur des charbons archéologiques.

Mots-clés : charbon, δ13C, climat, contrastes saisonniers, bois, carbone, carbonisation, chêne, dendro-anthracologie

Abstract : Archeological charcoals are used for reconstructing past woodland vegetation and the related historical forest practices. Charcoals δ13C are used for paleoclimate reconstructions. To better constrain the use of  δ13C, we investigated the effect of oxygenated carbonization on ring scale  δ13C variations in oakwood. Results showed a significant decrease of  δ13C values after carbonization. This effect, however, is highly variable according to the wood compartment considered: heartwood, sapwood, earlywood, or latewood. Carbon content measurements do not exhibit the same variations along oxygenated carbonization as observed with δ13C. Therefore, the use of carbon content for evaluating carbonization effects on δ13C, which is proposed by some authors, is not appropriate. Interannual and seasonal  δ13C variations, however, are not significantly affected by oxygenated carbonization. Thus, paleoclimate reconstruction from charcoals δ13C appears possible.
To test both ring scale variations, archeological charcoals were sampled from a climatically well documented Neolithic site of Chalain. Several dendro-anthracological parameters (latewood proportion, duraminization, charcoal-pith distance estimation) were characterized for a better understanding of δ13C variations, in order to integrate historical woodland practices and the climatic interpretations. Charcoal tree-rings exhibited width and δ13C significantly different between the two studied periods, in agreement with previously inferred climatic difference. Intra-ring δ13C suggested that the cool and moist climatic period also corresponded to higher seasonal contrast than the dryer climatic period. Dendro-anthracological parameters allow better understanding of δ13C variations between wood compartments and provide information on past woodland exploitations.
To conclude, oxygenated carbonizations induce a decrease in wood  δ13C values, but do not prevent the paleoclimate interpretations of δ13C variations in archeological charcoals.

Keywords:  charcoals, δ13C, climate, seasonal contrasts, wood, carbon, carbonization, oak, dendro-anthracology