Le carbone 14 apporte la preuve directe de synthèses chimiques dans les cosmétiques de la haute Antiquité
Publié par Isabelle le 08/07/2018 à 12:00
Source: CEA
Grâce à une mesure du carbone 14 réalisée pour la toute première fois sur des carbonates de plomb, des chercheurs français ont pu distinguer les produits d'origine naturelle de ceux obtenus par synthèse chimique dans des cosmétiques de l'Antiquité. Ce résultat est publié par le Laboratoire de mesure du carbone 14 (Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone, noté 14C.) (plateforme CEA/CNRS/IRD/IRSN/ ministère de la Culture) associé au Musée du Louvre, le 28 juin 2018, dans Communications Chemistry (groupe des publications Nature).


Pots à fard de l'ancienne Égypte (Collection du Musée du Louvre, Paris) dont sont issus certains des échantillons © LMC14/C. Moreau

Le carbonate de plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.) est l'un des principaux composés de l'art et de l'archéologie, utilisé comme ingrédient dans la peinture et les cosmétiques depuis l'Antiquité. La datation au carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) 14 (ou radiocarbone) par spectrométrie de masse (La spectrométrie de masse est une technique d'analyse chimique permettant de détecter et d'identifier des molécules d’intérêt par mesure de leur masse monoisotopique. De plus,...) par accélérateur est habituellement appliquée aux restes organiques — bois, charbon de bois (Le charbon de bois est obtenu en carbonisant du bois de manière contrôlée en l'absence d'oxygène. Le procédé permet de retirer du bois, son humidité et toute matière végétale volatile afin de ne laisser...), os, etc. — qui incorporent du carbone radioactif par photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le processus bioénergétique qui permet aux plantes et...) ou ingestion.

Une équipe du Laboratoire de mesure du carbone 14 (1) associée au Musée du Louvre (2) publie le 28 juin 2018 dans Communications Chemistry les résultats de la toute première mesure du carbone 14 dans des carbonates de plomb. Jusqu'à présent, la technique n'avait jamais été appliquée à ce type de composés. La mise au point (Graphie) de la technique de mesure constitue le premier caractère inédit de l'étude.

La mesure du radiocarbone appliquée aux cosmétiques de l'Antiquité

Sa seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité...) originalité réside dans le fait que cette technique a été appliquée à des échantillons datant de la haute Antiquité. Elle apporte la preuve directe d'une théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...) (avancée par les chimistes depuis une vingtaine d'années) selon laquelle les anciens Égyptiens maîtrisaient déjà des techniques de synthèse chimique et les appliquaient à leur "industrie" cosmétique (Un cosmétique est une substance ou un mélange destiné à être mis en contact avec diverses parties superficielles du corps humain, notamment...).

En effet, les poudres de maquillage peuvent être différenciées par le radiocarbone selon qu'elles sont naturelles ou fabriquées. Le radiocarbone est produit par des réactions nucléaires dans la haute atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), puis assimilé sous forme de dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes...) par les organismes vivants ; en raison de sa désintégration progressive, le carbone 14 n'est pas présent dans les minéraux formés il y a très longtemps (voir ci-dessous). Ainsi, les produits cosmétiques n'ayant subi qu'une préparation minimum (simple broyage par exemple) n'en portent pas de trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la géométrie du plasma coronal, à travers des...) puisqu'ils sont issus directement du monde (Le mot monde peut désigner :) minéral. Au contraire, le radiocarbone peut être présent dans les produits préparés par voie chimique, étant apporté dans ce cas par l'incorporation de CO2 contemporain, issu de composés de la biosphère (La notion de biosphère désigne à la fois un espace et un processus auto-entretenu (jusqu'à ce jour et depuis plus de 3 milliards d'années) sur la planète Terre, et qu'on ne...) (apports organiques).

- L'étude démontre que la cérusite (PbCO3) a d'abord été utilisée pour les cosmétiques dans le Royaume égyptien à l'état de minéral naturel – sans trace de radiocarbone – et, par la suite, sous la forme d'un composé synthétisé, fabriqué par les anciens Grecs.
- L'étude montre également que la phosgénite (PbCl2(CO3)2) a été produite artificiellement par les Égyptiens, il y a environ 3500 ans.
- Ces résultats confirment l'expertise des anciens Égyptiens et des Grecs dans la synthèse chimique des cosmétiques.

La détection du radiocarbone dans le carbonate de plomb est très prometteuse pour l'histoire de l'art et fournit un nouvel outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par une plus grande rentabilisation de ces...) pour l'authentification (L'authentification est la procédure qui consiste, pour un système informatique, à vérifier l'identité d'une entité (personne, ordinateur...), afin d'autoriser l'accès de cette entité à des ressources...) des peintures en datant le blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image que l'on en donne parfois :...) de plomb, très présent dans les peintures de la Renaissance, entre autres.

Le carbone 14, de sa formation à sa désintégration

Le carbone 14, ou radiocarbone, est un isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique nucléaire, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont le même nombre de protons. Le nombre de protons...) radioactif du carbone. Sa période radioactive (La demi-vie est le temps mis par une substance (médicament, noyau radioactif, ou autres) pour perdre la moitié de son activité pharmacologique, physiologique ou radioactive. En particulier, la demi-vie...), temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) au bout duquel la moitié de ses atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) s'est désintégrée en azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2, constituant majoritaire de l'atmosphère...) 14, est de 5 730 ans.

Il est constamment généré dans l'atmosphère: l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) des rayonnements cosmiques avec des atomes de la haute atmosphère (oxygène en particulier) produit des neutrons qui sont absorbés par des atomes d'azote. Ces derniers se transforment alors en atomes de carbone 14.

En s'oxydant dans l'atmosphère, le carbone 14 forme du CO2. Les plantes incorporent le carbone 14 via le CO2, et le transmettent à tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) organisme vivant – via la chaîne alimentaire (Une chaîne alimentaire est une suite d'êtres vivants dans laquelle chacun mange celui qui le précède. Le premier maillon d'une chaîne est très souvent un végétal chlorophyllien. Dans les mers et océans, le phytoplancton assure...). Dès qu'un organisme meurt, il n'échange plus avec son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à...) et n'incorpore plus de carbone 14. Celui-ci n'est plus renouvelé et se désintègre progressivement: la décroissance de sa radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur l'uranium et très vite confirmé par Marie Curie pour le...) se met alors en route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée dans la roche, pour ouvrir le chemin.). La plupart des éléments minéraux issus du sol ne possèdent pas de trace de carbone 14, car sa période radioactive n'est que de 5 730 ans, ce qui est peu au regard de l'époque géologique de leur formation.


Spectrométrie de masse par accélérateur du LMC14 utilisé pour dater les cosmétiques © CEA/L. Godart

Notes:

(1) Situé à Paris-Saclay, le laboratoire de mesure du carbone 14 (LMC14) est l'instrument national qui réalise les mesures de carbone 14 pour la communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et...) française. Il est piloté par le CEA, le CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), l'IRSN, le ministère de la Culture (La Culture est une civilisation pan-galactique inventée par Iain M. Banks au travers de ses romans et nouvelles de science-fiction. Décrite avec beaucoup de...) et l'IRD. Ses activités se déroulent sur deux sites: les échantillons sont préparés sur le campus (Un campus (du mot latin désignant un champ) désigne l'espace rassemblant les bâtiments et l'infrastructure d'une université ou d'une école située hors d'une ville. Ce terme inclut ainsi...) du CNRS à Gif-sur-Yvette, tandis que la production de cibles de carbone et la mesure du 14C par spectrométrie de masse par accélérateur (SMA ARTEMIS) ont lieu au CEA Saclay. Le LMC14 dépend du Laboratoire des sciences du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la météorologie qui...) et de l'environnement (LCSE, CEA/CNRS/UVSQ, Paris-Saclay).

(2) Départements des Antiquités égyptiennes et des Antiquités grecques, étrusques et romaines du Musée du Louvre à Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne...)
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