Aujourd’hui, nous allons parler des méthodes et techniques de datation en Préhistoire.
Comme vous vous en doutez, dater les vestiges anciens est à la fois peu aisé et indispensable pour retracer l’histoire de l’homme, l’évolution des techniques ou des pratiques des sociétés humaines.

De très nombreuses méthodes contribuent à la datation des vestiges. Des méthodes très variées qui reposent sur des différents principes.

On va commencer par distinguer des chronologies relatives et des chronologies absolues.

Sont relatives, les chronologies qui ne datent pas directement les faits archéologiques mais les insèrent dans des séries à signification chronologique. Elles sont donc fondées sur des successions et s’expriment en terme de comparaison de type « plus vieux que, plus récent que, antérieur à, postérieur à… »

Les chronologies absolues, au contraire, ne comparent pas les évènements archéologiques mais qualifient directement chacun d’entre eux. Elles s’exprimeront en données chiffrées.

Pour vous donner un exemple caricatural, la méthode des Varves qui sont de fines strates de sédiments déposées dans les lacs morainiques lors de la fonte des glaciers permet des datations absolues puisque les dépôts annuels qui peuvent être comptés permettent de donner une datation directe à une couche, en année solaire, au moyen d’une technique des plus rustiques, par comptage manuel donc.
A l’opposé, les datations des sites du Rift est-africain, réalisées par la technique du potassium/argon, technique lourde de physique atomique nécessitant un spectromètre de masse, sont des datations relatives, car elles s’appliquent généralement, non à la couche archéologique elle-même, mais aux couches volcaniques entre lesquelles elles se trouvent intercalées. Cette technique va permettre de dire que la couche archéologique est datable entre 3,2 et 1,8 MA. Malgré la sophistication des moyens, il s’agit ici d’une chronologie relative.

Nous allons maintenant faire une rapide revue des techniques de datations à la disposition des archéologues, en commençant par les datations relatives.

La typologie comme moyen de datation.

La typologie au départ, ce n’est rien d’autre que classer des objets en fonction de certains caractères choisis pour définir des types.

A la fin du XIXe et au début du XXe siècle, certains archéologues ont voulu faire une synthèse un peu curieuse de l’Histoire et de la Biologie en proposant une évolution des productions humaines, quasi-linéaires et permettant de construire une chronologie à partir des caractères d’une série d’objets.
Ces caractères (stylistiques et technologiques) appliqués à une série d’objets devaient permettre de dater la série d’objets en question en la réinsérant dans une évolution historique des objets (généralement des plus frustes au plus sophistiqués).

Evidemment la typologie employée de cette façon ne saurait constituer une méthode de datation, d’abord parce qu’il n’y a évidemment pas une évolution linéaire des productions humaines et parce que des phénomènes de convergences en terme de caractère d’objets peuvent exister entre des périodes très éloignées dans le temps.

La typologie est cependant un moyen de datation relative efficace dans la mesure où elle permet d’observer la récurrence de caractères au sein d’assemblages qui pourront être daté par ailleurs et cela dans un environnement bien maîtrisé.

Un exemple simple. Si je trouve dans le Midi de la France, un fragment de céramique hors de tout contexte, mais qui présente un certain nombre de caractères significatifs : un décor en creux réalisé par impression d’une coquille de cardium sur une pâte contenant de la chamotte (c'est-à-dire de la céramique pilée comme dégraissant), je peux être à peu près sûr, par comparaison avec d’autres séries connues, qu’il s’agit d’une céramique de la culture cardiale, la première culture du Néolithique en Méditerranée nord-occidentale et datée entre 5650 et 4950 avant notre ère par des techniques de datations absolues sur d’autres séries du même type.

Evidemment, c’est probablement la technique de datation la plus utilisée au quotidien par les archéologues, mais elle nécessite donc d’être dans un contexte parfaitement maîtrisé.

Et l’archéologie nécessite une culture, une accumulation de connaissances en même temps qu’un esprit critique et pas une trop grande confiance en soi. Il ne faut jamais croire tout savoir, et toujours vérifier, demander d’autres avis…

L’autre moyen de datation relative simple et fondamental est le principe de la stratigraphie.

Les objets et vestiges archéologiques sont ici considérés en fonction de la couche dans laquelle ils ont été découverts.

Une couche archéologique est un ensemble de sédiments compris entre un sommet et une base et dans lesquels se trouvent les vestiges.

Théoriquement, tous les points qui se trouvent au sein de la couche archéologique ont la même signification du point de vue chronologique : L’âge de la couche, quelle que soit son épaisseur est égal ou plus récent à celui du plus récent des objets qu’elle contient.

Mais ça évidemment c’est de la théorie.
Dans la réalité, la formation d’une couche archéologique peut être d’origine et de modalités variées. Elle peut être mise en place très rapidement mais dans de nombreux cas pour les périodes de la Préhistoire ancienne elle va résulter de l’accumulation progressive sur un temps long issu d’occupations humaines elles-mêmes longues ou nombreuses et successives.
Ainsi une couche unique peut-elle correspondre à une durée importante et donc tous les objets qu’elle contient ne correspondront pas à une même datation en réalité, mais il sera cependant impossible de distinguer des phases successives à l’intérieur de cette unique couche.
    
La datation relative va alors être possible non pas au sein d’une même couche, mais entre différentes couches successives.
C’est la succession de ces couches qui constitue une stratigraphie et qui va permettre la datation relative.

La stratigraphie obéit à 4 lois fondamentales théorisées par un archéologue anglais seulement à la fin du XXe siècle (1989) :

La stratigraphie permet donc à partir de ces lois de donner une datation relative pour chaque objet présent au sein de la séquence, dans une couche.
Ce principe de stratigraphie, complété de celui de la typologie que j’évoquais précédemment qui s’intéresse aux caractères technologiques et stylistiques des objets permet d’ordonner la chronologie des assemblages archéologiques.

Evidemment cette méthode connaît ses excès en particulier avec le principe de fossile directeur qui est de déterminer une datation à partir d’un seul objet considéré comme très caractéristique. Ce principe dérivé de la paléontologie et qui est celui que j’évoquais tout à l’heure pour un tesson de céramique, n’est possible que pour des objets aux caractères fragiles éphémères et multiples.

Ainsi la découverte d’un seul objet considéré comme caractéristique permet rarement de dater une couche ou un assemblage. La plupart des types de productions humaines ayant une longue durée. Il faut considérer les assemblages eux-mêmes c'est-à-dire l’association de différents objets.

Le troisième moyen de datation relative, fréquemment et anciennement employé par les archéologues, en particulier pour la Préhistoire ancienne est la chronologie climatique quaternaire.

Je ne vais pas développé trop, car cela nous emmènerait trop loin, mais le principe est fondé sur l’observation de successions stratigraphiques ayant pour origine des phénomènes climatiques périodiques de refroidissement et de réchauffement que l’on peut constater particulièrement pendant la période que l’on appelle le Quaternaire.

Le Quaternaire désignait initialement la période de l’origine et du développement de l’homme, dans la chronologie de l’histoire de la Terre, mais toutes les définitions données ont été dépassées par les découvertes. Aujourd’hui le Quaternaire a une définition climatique à partir du paléomagnétisme et commence il y a 1,87 MA pour s’achever il y a environ 10000 ans avec le début de l’Holocène qui est la période climatique actuelle.

Un mot sur le paléomagnétisme.
Cette notion se fonde sur l’orientation du Champ magnétique terrestre n’a pas toujours été la même. C'est-à-dire que l’aiguille de la boussole qui indique actuellement le nord de la terre, a tantôt indiqué le nord et le sud, dans l’histoire de la planète. Pour les périodes où le champ magnétique était orienté au nord, on parle de période normale ou positive et pour les périodes où le champ magnétique était orienté au sud on parle de période inverse ou négative.

Cette période du Quaternaire a subi une succession de glaciations, c'est-à-dire des moments où la température à la surface de la terre a beaucoup baissé et donc des interglaciaires où la température est remontée en fonction de variation d’émissions d’énergie solaire.
Nous y reviendrons en cours sous la forme d’une histoire du climat.
Bref, ces glaciations ont laissé toutes sortes de traces, dans le paysage, dans les couches sédimentaires qui permettent d’établir une chronologie relative des différents dépôts et des datations relatives des vestiges qui s’y trouvent.

La détermination de cette alternance d’épisodes froids et d’épisodes plus chauds a aussi permis de développer une technique de datation qui s’appelle la chronologie isotopique fondée sur les variations du rapport des isotopes stables de l’oxygène dans les coquilles d’animaux marins prélevés par des carottages océaniques.
La proportion d’O18 et d’O16 dans la formation de ces coquilles est en effet fonction de la température de l’eau.
Il a donc été possible de dresser une chronologie des périodes alternées froides et chaudes pendant ces 2 derniers millions d’années qui définissent des stades isotopiques. 

Je n’ai pas le temps ici de développer.
Passons rapidement aux datations dites absolues.

J’ai évoqué tout à l’heure la méthode des varves, technique reconnue dès la fin du XIXe siècle.
Il s’agit donc de dépôts liés à la fonte annuelle des glaciers et elle ne s’applique donc qu’aux secteurs périphériques des grands glaciers.
En fait les lacs qui se forment au recul du front de glace pendant l’été entre le glacier lui-même et sa moraine frontale, sont des lacs d’eau très chargée en sédiment et immobile.
Par décantation, le sédiment se dépose chaque année en une fine couche.
C’est le simple comptage de ces couches à partir de la plus récente, actuelle, qui permet de remonter dans le temps, en comptant des années. Mais il s’agit d’une méthode très limitée dans l’espace comme dans le temps.

Une autre méthode fondée sur un principe analogue est la dendrochronologie. Cette méthode conçue dès le début du XXe siècle, est fondée sur la croissance annuelle des arbres. Chaque année en poussant un arbre produit un anneau de croissance appelé cerne.
Ceux-ci montrent une morphologie récurrente avec pour le printemps, avec la croissance du feuillage, une abondante série de canaux destinés à apporter la sève aux feuilles, puis une raréfaction de ces canaux qui tendent aussi à diminuer de taille, jusqu’à disparaître au début de l’hiver. Chaque année est marquée par un de ces anneaux de croissance et il est donc possible de mesurer l’âge d’un arbre en comptant ces anneaux de croissance sur une section de tronc.
Ceci ne constitue pas en soi une méthode de datation.
Ce qui va être intéressant, c’est que la croissance des arbres présente des variations selon les années, en fonction de facteurs multiples et nombreux qui ne correspondent pas à un cycle mais à des combinaisons aléatoires peut-être de combinaison de facteurs de périodicité propre, peu importe.
En conséquence, la succession des différents caractères climatiques de chaque année se fait sans régularité. Considérée sur une période assez longue (quelques dizaines d’années) la succession des caractères forment des séries originales, caractéristiques de la période où elles auront pris place.

L’analogie la plus évidente est celle du code barre des produits commercialisés qui comporte une succession de barres plus ou moins épaisses.

L’établissement d’une dendrochronologie consiste donc à trouver des troncs de plus en plus vieux présentant une partie de leur séquence superposable à une partie de celle du suivant, à partir de l’actuel. On peut donc ainsi mettre en place une séquence longue où les années peuvent être comptées en comptant les barres annuelles.
Evidemment tout cela ne se fait pas à la main mais de manière informatisée, avec des tests statistiques à l’appui.

L’inconvénient de ces chronologies est qu’elles n’ont qu’une valeur régionale puisque fondée sur les conditions climatiques autour des végétaux considérés. Il faut donc établir ce type de chronologie dans chaque pays et même dans chaque région. Et en fait cela n’est souvent possible que dans les régions qui présentent des espèces d’arbres à longue durée de vie, et où des arbres très anciens sont conservés.

A partir de ces longues séquences, il est possible de dater des troncs d’arbres anciens issus de monuments (des poteaux et des poutres) ou de sites archéologiques. La séquence de cernes présente dans le tronc considéré va être comparé à la longue séquence de référence et permettre une datation à l’année près, selon le calendrier solaire, de l’abattage de l’arbre considéré.
C’est actuellement la méthode de datation la plus précise, mais elle ne concerne que les périodes les plus récentes et ne permet de remonter au mieux que sur une partie du Néolithique.

Venons en maintenant à la méthode de datation la plus connue qui est le radiocarbone ou le Carbone 14.
La méthode a été mise au point dans les années 40 et 50 et valut à son auteur un américain du nom de William Libby le prix nobel en 1960.

Le principe est fondé sur la présence de carbone dans les êtres vivants (animaux et végétaux). L’atome de carbone a 6 protons mais un nombre de neutrons variables qui définit l’existence d’isotopes différents de masse différente.
Ce carbone se compose de 2 isotopes stables (12C et 13C) et un instable le 14C en proportion infinitésimale. Ce 14C se forme par l’action des neutrons du rayonnement cosmique sur un autre élément qui s’appelle l’azote 14.
Mais cet isotope, carbone 14 est radioactif et il va donc se retransformer en permanence en Azote 14 de façon constante.
Comme c’est du gaz carbonique que les êtres vivants tirent le carbone dont ils ont besoin, le carbone présent dans les êtres vivants va comporter une proportion toujours équivalente de l’isotope 14C.
Mais lorsqu’un être vivant meurt, ces échanges gazeux cessent et le système s’arrête. Le carbone 14 présent dans l’être en question va continuer à disparaître de façon constante alors qu’il n’y aura plus d’apport extérieur de carbone pour le remplacer.

Le travail de Libby a été de calculer à quelle vitesse ce carbone radioactif disparaissait à partir de la mort de l’être vivant en question. Initialement, il a calculé que la moitié du radiocarbone avait disparu au bout de 5568 ans – en fait on sait depuis que ce qui est appelé la demi-vie du radiocarbone est de 5730 ans +- 40 ans. Mais on continue d’employer l’ancienne mesure dans un soucis de cohérence.
Il est donc possible en mesurant le carbone 14 résiduel dans un objet quelconque et en le rapportant à la proportion contemporaine de ce même corps, et connaissant la demi-vie ou période du radiocarbone, de connaître l’âge de l’échantillon.

Un exemple fictif mais simple : si une masse de matière actuelle contient 100 unité de 14C et un échantillon fossile équivalent en contient 25, la diminution pour passer de 100 à 25 correspondra à deux demi-vies (100 / 2 = 50 / 2 = 25). L’âge de l’échantillon est donc de 2 demi-vies soit 2 fois 5568 ans = 11136 ans.

Dans le principe c’est simple, dans la pratique, la datation consiste à compter les désintégrations des atomes de 14C. On n’en compte généralement 100000 et le temps que mettent ces atomes à se désintégrer est directement fonction de la richesse de l’échantillon en 14C et donc de son âge. Généralement, il faut de 12 heures à 4 jours pour effectuer une mesure dans un appareil très compliqué et très sensible.

Mais en même temps, cette demi-vie ne permet pas de mesurer des échantillons très récents et ne permet pas de remonter très loin dans le temps, en fait seulement jusqu’à 30 à 40000 ans au plus pour trouver des échantillons où la quantité de carbone résiduelle est encore mesurable.

Les datations obtenues sont exprimées avant le présent (Before Present ; BP) c'est-à-dire un âge déterminé à 1950 après J.-C.

Mais si tout ça semble simple, cela ne l’est pas en réalité.
La demi-vie calculée du radiocarbone ne correspond pas à une valeur absolue, la radioactivité elle-même étant aléatoire, mais à la valeur moyenne d’une série statistique. Une datation est donc une probabilité et non pas une mesure et comme telle elle est exprimée avec une fourchette qui correspond à la valeur du seuil de cette probabilité : une date est donc donnée sous la forme 4210 +- 100 ans. Cette valeur de fourchette est appelée écart standard ou déviation standard et il s’agit de l’écart type de la série de probabilité à 1 sigma.
Statistiquement, cela veut dire que la date a 68 % de chance de se trouver dans la fourchette donnée.
A deux sigmas, c'est-à-dire si on double cet écart-type la probabilité est de 95,5 % et à 3 sigmas de 99,7 %.

Il est donc nécessaire de donner l’écart type avec la datation sinon celle-ci n’a aucune valeur. Par ailleurs, vous pouvez comprendre aisément que statistiquement une seule date n’indique pas grand-chose, est assez imprécise, et que seule la multiplication des mesures permet de dater correctement quelque chose.

Un autre problème de taille doit être évoqué concernant le radiocarbone, c’est que le principe se fonde sur le postulat selon lequel le rapport entre les isotopes du carbone n’aurait pas varié dans le temps, alors qu’on sait aujourd’hui que le rapport 14C / 12C a varié au cours du temps. En conséquence, les datations effectuées par le radiocarbone sont tantôt justes, tantôt fausses, en fonction de l’époque considérée et de la variation du rapport d’isotope entre cette période et la notre.

On a donc mis au point ce que l’on appelle une courbe de calibration à partir de la datation au radiocarbone d’échantillon de bois dont l’âge était connu par la dendrochronologie qui elle est juste. On sait alors que selon les périodes, les mesures du radiocarbone doivent être plus ou moins corrigées. L’inconvénient est que cette calibration  connaît des périodes favorables et des périodes défavorables où les mesures sont moins précises.

Mais le radiocarbone demeure la méthode la plus employée, le meilleur rapport qualité-prix pour l’ensemble de la fin de la Préhistoire du Paléolithique supérieur jusqu’aux périodes historiques.

La quantité de carbone nécessaire à la mesure a considérablement diminué avec le développement de nouveaux outils et de nouvelles techniques comme la spectrométrie de masse par accélérateur qui permet de compter directement les isotopes présents et non plus les désintégrations, et donc d’utiliser des échantillons de carbone très petits, en milligrammes. Mais la méthode reste onéreuse.

D’autres méthodes isotopiques, c'est-à-dire se fondant sur les mêmes principes ont été développées pour pouvoir dater des périodes beaucoup plus anciennes que le radiocarbone. Elles considèrent donc des éléments dont la demi-vie (la vitesse de disparition) est beaucoup plus longue.

C’est le cas du Potassium/argon qui va s’appliquer sur les sites des origines de l’humanité, sur des roches volcaniques en Afrique.
C’est aussi le cas, avec un principe un peu différent de l’uranium/thorium.

D’autres méthodes encore existent mais sont d’un emploi assez rare et même confidentiel pour certaines.
Notez leur nom pour savoir qu’elles existent :

Toutes ces méthodes sont à la disposition des archéologues, mais comme vous l’avez compris elles ne s’appliquent pas toutes à des échantillons de même âge, certaines sont adaptées aux périodes récentes, d’autres aux périodes les plus anciennes. Elles ne s’adaptent pas non plus à tous les types de sites et de vestiges.

La stratigraphie et la typologie (la connaissance des vestiges) demeurent les moyens de datation les plus courants. Les méthodes physico-chimiques sont largement dominées par le radiocarbone pour la Préhistoire récente. Toutes ces méthodes ont le principal défaut de leur coût de mise en œuvre.

Bibliographie :

OBERLIN C., ÉVIN J., FERDIERE A., LAMBERT G.-N., LANGOUËT L.,  LANOS P. (2005) – La datation en laboratoire, Paris : Errance, 2005, 198 p. (Collection « Archéologiques »).

Voir aussi la page sur l'usage des datations radiocarbones : http://ubprehistoire.free.fr/Methodes-datations.html

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