Analyses chimiques par spectrométrie de masse et bioarchéologie : limites, contraintes et avancées scientifiques

Une trace foncée sur une céramique, une empreinte de plumes ou de fourrure à proximité d’une épée, un sédiment coloré différemment près d’un reste d’amphore, un résidu noir amorphe dans lequel est fiché un silex… Autant d’indices de la présence de matériel organique, certes parfois ténus, mais ô combien riches d’information concernant les sociétés passées, leur quotidien, leur culture, leur organisation, leur gestion de l’environnement.

Ces dernières décennies, la spectrométrie de masse généralement couplée à une séparation chromatographique est devenue un outil clé et indispensable pour caractériser les matériaux organiques retrouvés en contexte archéologique. L‘approche repose sur l’identification structurale précise de marqueurs moléculaires diagnostiques de chaque substance naturelle : les biomarqueurs. Ces molécules permettent non seulement de révéler la nature des produits présents mais également grâce à des modifications sur leur squelette carboné d’appréhender les processus d’altération auxquels ils ont été soumis suite à une action anthropogénique ou liés au vieillissement naturel (lors de l’utilisation de l’objet ou après enfouissement). La grande diversité de produits susceptibles d’être rencontrés, les faibles quantités disponible, l’état de dégradation plus ou moins poussée expliquent l’extrême complexité des études et la nécessité de développer des protocoles spécifiques au contexte archéométrique sur des problématiques ciblées. Des biomarqueurs de faibles poids moléculaires sont utilisés pour caractériser les graisses et huiles (marqueurs : stérols, triglycérides), les cires (cérides) ou les substances végétales telles que des résines, des goudrons et des textiles (terpènes) (Charrié et Leprovost, 2012). Plus récemment et conjointement aux analyses de lipides de faibles poids moléculaires, une stratégie analytique intégrant les technologies liées au domaine de la protéomique, a été mise en place au LSMIS pour étudier une autre classe de molécules : les protéines, molécules de hauts poids moléculaires présentes par exemple dans les produits laitiers (caséine) et les cheveux/poils/plumes/lainages (kératines) (Fresnais et al., 2017).

Il est important de noter que la fiabilité des résultats chimiques et leur interprétation dépend fortement de la réflexion archéologique qui a été apportée en amont avant même le prélèvement. Ainsi archéologues, conservateurs‐restaurateurs, spécialistes des matériaux organiques et tout autre intervenant doivent définir avec précision la problématique liée à l’objet. Cette réflexion guide entre autre la phase de prélèvement (quand, comment, où, nombre d’échantillons, priorités scientifiques et financières) et permettra de définir la stratégie analytique à adopter. Les protocoles basés sur la spectrométrie de masse étant destructifs, il est clair qu’un soin particulier sera apporté à la minimisation des quantités prélevées, ceci étant rendu possible par les avancées technologiques des appareils utilisés toujours plus sensibles et résolutifs. Il convient également de limiter au maximum les contaminations post‐ fouilles susceptibles de masquer l’empreinte moléculaire originelle: pas de contacts avec les doigts, emballage dans du papier aluminium, pas de lavage aux solvants usuels ou au détergent, pas de restauration (colles‐consolidants). Il existera cependant des cas où l’identification par les biomarqueurs ne sera pas possible du fait du contexte archéologique lui‐ même (difficulté de prélèvement, matériau inconnu, usages successifs, minéralisation ou altération trop poussée). La collaboration étroite entre les archéologues, les conservateurs‐ restaurateurs et les différents spécialistes des matériaux organiques est évidemment primordiale lors de l’étape d’interprétation et de recontextualisation des données.

Cette réflexion méthodologique concernant les analyses chimiques est dès à présent intégrée dans les travaux d’un groupe de travail pluridisciplinaire local dédié aux matériaux organiques en archéologie. Elle sera illustrée de quelques exemples.

Mots clés : spectrométrie de masse, biomarqueurs, protéines, matériau organique

Références bibliographiques

• Charrié (A.), Leprovost (C.) - Biomarqueurs et GC/MS: des principes clés pour la caractérisation, la conservation et la restauration des objets du patrimoine. Application à un adhésif végétal néolithique. Spectra Analyse, 825, 2012, p. 32‐39.
• Fresnais (M.), Richardin (P.), Sepùlveda (M.), Leize‐Wagner (E.), Charrié‐Duhaut (A.) Omics for precious rare biosamples : characterization of ancient human hair by a proteomic approach. OMICS A Journal of Integrative Biology, 21, 2017, p. 361‐370.