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art, préhistoire, protohistoire
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Texte intégral

1Tout marcheur dans un désert est frappé ou intrigué par la couleur sombre, noire ou brun rouge foncé à la surface des roches ou des cailloux de regs, souvent sur des grès (fig. 1 et 2), mais aussi sur des roches granitiques, métamorphiques ou volcaniques. Un recouvrement toujours foncé, même si la roche sous-jacente est claire.

Terminologie

2En français, ces minces pellicules superficielles, typiques des régions arides, sont appelées patines. Pour éviter des confusions dans la formulation, il faut distinguer les expressions que les anglo-saxons utilisent couramment pour désigner la patine désertique : Desert varnish ou Rock varnish. Le mot anglais patina n’est pratiquement jamais utilisé. De très nombreux sites Internet existent pour les deux expressions anglaises indiquées ci-dessus ; très peu pour le mot patine ou patina.

3En français, le mot vernis est très différent de patine. Etymologiquement le premier provient du bas grec Veronikê, altération phonétique de Berenikê, ville de Cyrénaïque où, en Occident, les premiers vernis, c’est-à-dire des résines odoriférantes, ont été utilisés. Ce mot est également issu, par l’italien vernice du latin veronix qui désigne également une résine odoriférante. Au sens propre, dans son usage le plus courant, vernis désigne un enduit mince, transparent, appliqué sur des surfaces pour les protéger.

4Pour les surfaces rocheuses désertiques, ce terme doit désigner exclusivement les films « sans épaisseur » (micrométriques ou inférieurs), transparents, composés de silice amorphe (opale) et produits par des processus de dissolution/précipitation biochimique de solutions. Ces minces pellicules qu’on peut appeler silcrete en anglais se développent uniquement à la surface des roches siliceuses ou silicatées peu ou pas altérées ou bien déjà recouvertes d’une patine. Elles donnent aux surfaces un aspect vitrifié, comme un « glaçage », à reflets métalliques brillants sur les roches non altérées ou sur les roches patinées.

5La plupart des chercheurs anglophones ou utilisant d’autres langues confondent et associent vernis et patine. Les Américains notamment qui ont beaucoup travaillé sur les patines, utilisent le plus souvent l’expression desert ou rock varnish.

6Dans le vocable patine, la racine pat-vient des mots latins et italiens patina qui signifie « poêle » et/ou « fond de poêle » (Buffon 1765). Cette racine a plusieurs significations : étalé, nourrir, etc. Les dépôts sombres sur les roches, « étalés » qui « nourrissent » la surface des roches évoquent l’analogie avec un fond de poêle usagée.

Historique des recherches

7On peut considérer que la première description scientifique des patines a été donnée par l’explorateur, naturaliste et géographe Alexander von Humboldt (1769-1859). Il identifie correctement ces formations pelliculaires. En 1793 il étudie des microorganismes photosynthétiques présents sur et dans les roches, dans des conditions de luminosité très faibles ; il a également exposé clairement le rôle de la roche et de l’eau dans la formation des patines.

8Charles Darwin (1809-1882), biologiste naturaliste, inspiré par le journal de voyage de Humboldt, accomplit ses fameuses expéditions, notamment aux îles Galapagos, et il a lui aussi étudié l’influence de la lumière dans la formation des patines. Il pose pour la première fois la question de leur possible origine biologique.

9Pendant le 19e et le 20e siècle, de nombreux scientifiques ont étudié les patines, un peu partout dans le monde, avec des moyens d’investigation de plus en plus perfectionnés. Des progrès décisifs ont été accomplis dans les années 1970 et 1980, en particulier par le géomicrobiologiste allemand W.E. Krumbein, qui, parmi d’autres chercheurs, est l’un de ceux qui ont bien mis en évidence la complexité des communautés microbiennes responsables de la création et du développement des patines, dans la chimie, la minéralogie et la pétrologie des substrats rocheux, par l’analyse chimique et microbiologique des patines, par leur reproduction expérimentale au laboratoire, le suivi de leur formation et de leur néo-formation sur le terrain. Ces travaux ont été étendus et affinés par J.-P. Adolphe et F. Soleilhavoup, notamment grâce aux concepts novateurs de biominéralisation et de biopétrification.

Formation des patines

10Au Sahara, vernis et patines sont étudiés depuis plus de cinquante ans. Par exemple, on sait maintenant que les vernis se forment en deçà de 200 mm de précipitations et qu’au-dessus de 200 mm se forment les patines. Le climat intervient de façon décisive dans leur genèse, à côté de la lithologie. Du fait des oscillations paléoclimatiques dans les zones arides dans un passé récent (Holocène), beaucoup de patines peuvent être résiduelles et dater de périodes à pluies plus fréquentes, donc « pluviales ».

11Il a toujours été observé que les patines, développées surtout sur des roches arénacées, magmatiques et volcaniques, contiennent une forte concentration d’hydroxydes de fer et de manganèse [Fe2O3, MnO].

12Traditionnellement (Tricart & Cailleux 1969), on considérait que la patine résultait de l’altération du substrat rocheux et de la migration de solutions de fer et de manganèse depuis l’intérieur de la roche vers sa surface par capillarité/évaporation de l’eau provenant de rares précipitations. Le cycle physico-chimique sur et dans les roches est donc le suivant : humectation – infiltration en sub-surface – dissolution – migration des sels vers la surface par évaporation – concentration – cristallisation.

13Cependant, des analyses de sections pétrographiques à la microsonde électronique ont montré que la patine n’est pas seulement constituée de sels exsudés depuis la roche, mais aussi de particules argileuses et salées déposées par le vent.

14Si des auteurs (Dorn & Oberlander 1980) ont constaté que la forte accumulation de manganèse, parfois soixante fois la quantité contenue dans la roche ne peut s’expliquer que par des processus géochimiques, ils indiquent qu’elle implique des processus biologiques mis en œuvre par des bactéries fixatrices de manganèse. Cette hypothèse est démontrée expérimentalement par l’observation de bactéries sur la surface des patines (Dorn & Oberlander 1981 ; Jones 1989 ; Dorn 2009). De nombreux travaux ont confirmé depuis le rôle fondamental des microorganismes dans la formation des patines.

15Il importe de préciser que les cortex de météorisation (largo sensu), [c’est-à-dire toutes modifications des surfaces rocheuses naturelles à l’air libre] et les patines (stricto sensu) doivent être considérés comme des écosystèmes micro-pédogéniques particuliers qui rappellent des sols en miniature dans lesquels les concentrations organo-minérales sont engendrées et entretenues par les facteurs classiques de la pédogenèse : le climat, la matière biologique et la roche-mère, à l’interface roche/atmosphère (fig. 3).

Les patines désertiques : indicateurs archéoclimatiques et chronoculturels de l’art rupestre

16On sait que les bactéries mangano-fixatrices responsables de la formation de la patine ne peuvent prospérer que dans un environnement écologique limité. Le développement de ces bactéries est complètement inhibé par des conditions alcalines qui, dans un milieu aride sont favorisées par l’apport éolien de poussières alcalines.

17Les patines noires, riches en oxyde de manganèse, se forment en conditions d’humidité modérées ; celles, rouges et brun rouges, riches en hydroxyde de fer, se forment en conditions plus arides.

18Les caractéristiques des patines sont fonction du temps. On peut donc les utiliser, dans les régions arides, pour dater des surfaces naturelles, des objets archéologiques et des gravures rupestres.

19Les surfaces anciennes ont des patines plus épaisses. Actuellement on s’oriente vers leur radiodatation par le Carbone 14 grâce à la matière organique piégée dans la patine.

20Mauro Cremaschi (1992), dans un site d’art rupestre du Messak libyen (Fezzân) a observé trois patines différentes des gravures – des observations généralisables à l’ensemble de l’art saharien :

  • la patine noire recouvre des gravures anciennes, du néolithique ancien, dites du style « Bubalin Naturaliste ».

  • la patine brun-rouge sur des éboulis à fragments de patine noire et sur des gravures plus récentes de style pastoral (néolithique).

  • la patine brun clair sur des éboulis récents et sur des gravures protohistoriques et historiques de style « Camelin » protohistorique.

Généralisation

21Dans tous les géoclimats terrestres, les surfaces d’art rupestre pré-et protohistoriques doivent être considérées comme des enregistreurs à mémoire des variations de l’environnement. Les concrétionnements métallifères pelliculaires biogènes (indurations, croûtes, patines, calcins pariétaux, cortex de météorisation, etc.) sont des productions organo-minérales dans lesquelles les facteurs atmosphériques (eau, température, pH, taux d’oxygénation, etc.) et les facteurs pétrologiques (texture, fabrique, granularité, granulométrie, propriétés physico-chimiques, composition minéralogique et géochimique des supports rocheux, etc.), ont une influence dans les développements de micro-systèmes superficiels variés qui sont liés à la présence constante de diverses populations de microorganismes minéralisateurs, notamment des microflores bactériennes aérobies associées, autotrophes ou chimiolithotrophes de bactéries (Bacillus sp., Pseudomonas sp., Coccus sp., etc.). Sur les parois, ces micro-écosystèmes constituent des constructions bio-sédimentaires de nature pédogénique, le plus souvent minces, stromatolitiques ou monocouches, mamelonnées ou planes, claires ou sombres, d’aspect brillant ou mat. L’étude comparée de paléoécologie bactérienne de ces formations, dans des environnements actuels très contrastés, fournit des renseignements fondamentaux sur les constantes et/ou sur les spécificités des populations de microorganismes biominéralisateurs, ainsi que sur les variations des conditions anciennes du climat, – conditions qui ont permis leur genèse, leur développement, leur accélération, leur ralentissement ou même leur arrêt.

Applications pratiques

22Il y plus d’une trentaine d’années, des Américains (Elvidge et Moore, 1980) mettaient au point un procédé simple, peu onéreux et durable de restauration des gravures rupestres par application sur des surfaces dégradées d’une patine artificielle obtenue par la précipitation d’oxydes et d’hydroxydes de fer et de manganèse. Cette préparation a été appliquée dans plusieurs sites rupestres d’Arizona. Il ne semble pas que cette expérience de conservation du patrimoine ait eu un grand succès dans le monde.

23Dans l’ordre des biotechnologies, la connaissance perfectionnée du rôle des populations bactériennes minéralisatrices dans la formation et le développement des patines ou des calcins permet d’utiliser les microbes fixateurs du fer, du manganèse ou du calcium pour recréer au laboratoire, puis sur le terrain, des patines ou des concrétionnements calciques afin de restaurer des surfaces à gravures rupestres ou des monuments historiques en pierre (grès, calcaire, etc.).

24Il apparaît donc, au terme de cette petite synthèse, que les patines, si présentes dans toutes les régions (actuellement) sèches, fournissent de précieux renseignements sur les paléo-environnements. On sait maintenant que leur genèse et leur croissance sur les roches résulte de processus complexes où la part des microbes est fondamentale.

Fig. 1. Grès à patine noire à fissurations en faïençage. La cassure montre le fort contraste de couleur entre la patine et la roche sous-jacente. Tassili-n-Ajjer, Algérie.

Fig. 2. Dessin d’une lame-mince de la section transversale d’une patine sur grès dans l’Atlas saharien d’Algérie, site rupestre de Guerar-el-Hamra [microscopie photonique. Grandissement : x 100].

Fig. 3. L’écomorphologie des surfaces rocheuses à l’air libre est en grande partie sous la dépendance de processus sédimentaires. Ceux-ci se manifestent par des accumulations de matières organo-minérales d’aspects variés : patines, vernis, croûtes, concrétionnements stalagmitiques et micropédokarstiques, etc. Dans tous les cas, un édaphon actif en subsurface, produit un dépôt carbonaté ou silico-argileux, à partir d’associations de micro-organismes minéralisateurs : cyanobactéries, bactéries diverses, filaments mycéliens, etc. Les conditions bioclimatiques du milieu ambiant accélèrent ou ralentissent l’activité minéralisatrice de l’édaphon.

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Bibliographie

Adolphe J.-P., Paradas J., Poignant A., Soleilhavoup F. et Weisrock A., 1985 – « Écomorphologie et géomicrobiologie des dépôts carbonatés continentaux africains. Signification paléoclimatique », 110e Congrès National des Sociétés Savantes, Montpellier. Sciences, fasc. I, p. 273-282, 15 fig.

Adolphe J.-P., Druet Y., Paradas J. & Soleilhavoup F., 1993 – « Biominéralisation et protection de la pierre (Science appliquée) »., Archéologia, 294 : 40-49, 20 photos.

Cremaschi M., 1992 – « Genesi e significant paleambientale della patina del deserto e suo ruolo nello studio dell’arte rupestre. Il caso del Fezzan meridionale (Sahara libico). Arte e culture del Sahara preistorico », Università degli studi di Roma « La Sapienza », Quasar, p. 77-87, 7 fig.

Dorn R., 2009 – “Desert rock coatings”, in Parsons A. J. & Abrahams A. D. (Eds) ; Geomorphology of Desert Environments, Amsterdam, Springer, p. 153-186.

Elvidge Chr. D. & Moore C.B., 1980 – “Restoration of petroglyphs with artificial desert varnish”, Studies in Conservation, 25, p. 108-117, 6 fig., 1 tabl.

Krumbein W.E. & Jens K., 1981 – “Biogenic Rock Varnish of the Negev Desert (Israel), an ecological study of iron and manganese transformation by Cyanobacteria and fungi”, Oecologia, vol. 50, no 1, p. 25-38, 23 fig.

Soleilhavoup F., 1980 – « Les altérations des gravures rupestres et leur intérêt pour l’étude des environnements pré- et protohistoriques dans l’Atlas saharien (Algérie) », L’Anthropologie, t. 84/4, p. 535-561, 25 fig.

Soleilhavoup F. (1986) – « Les surfaces de l’art rupestre en plein air : relation avec le milieu biophysique et méthodes d’étude », L’Anthropologie, t. 90/4, p. 743-782, 47 fig.

Soleilhavoup F. (1994) – « Écomorphologie des concrétionnements métallifères superficiels de l’art rupestre dans le monde : géomicrobiologie (calcium, fer, manganèse) et marqueurs microbiens paléoclimatiques », Internatioal Rock Art Congress, Flagstaff, Arizona, 30 mai – 6 juin 1994.

Soleilhavoup F., 2010 – Curiosités géologiques au Sahara. Guide de découverte, Paris, Ibis Press, 255 p. 262 fig. [Patines et vernis désertiques : p. 114-126 ; fig. 124 à 142].

Soleilhavoup F., 2011 – « Microformes d’accumulation et d’ablation sur les surfaces désertiques du Sahara », Géomorphologie : relief, processus, environnement, 2, p. 173-186, 17 fig. [Patines et vernis désertiques : p. 176, fig. 4].

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Table des illustrations

Légende Fig. 1. Grès à patine noire à fissurations en faïençage. La cassure montre le fort contraste de couleur entre la patine et la roche sous-jacente. Tassili-n-Ajjer, Algérie.
URL http://journals.openedition.org/encyclopedieberbere/docannexe/image/3495/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 278k
Légende Fig. 2. Dessin d’une lame-mince de la section transversale d’une patine sur grès dans l’Atlas saharien d’Algérie, site rupestre de Guerar-el-Hamra [microscopie photonique. Grandissement : x 100].
URL http://journals.openedition.org/encyclopedieberbere/docannexe/image/3495/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 238k
Légende Fig. 3. L’écomorphologie des surfaces rocheuses à l’air libre est en grande partie sous la dépendance de processus sédimentaires. Ceux-ci se manifestent par des accumulations de matières organo-minérales d’aspects variés : patines, vernis, croûtes, concrétionnements stalagmitiques et micropédokarstiques, etc. Dans tous les cas, un édaphon actif en subsurface, produit un dépôt carbonaté ou silico-argileux, à partir d’associations de micro-organismes minéralisateurs : cyanobactéries, bactéries diverses, filaments mycéliens, etc. Les conditions bioclimatiques du milieu ambiant accélèrent ou ralentissent l’activité minéralisatrice de l’édaphon.
URL http://journals.openedition.org/encyclopedieberbere/docannexe/image/3495/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 221k
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Pour citer cet article

Référence papier

François Soleilhavoup, « Patine »Encyclopédie berbère, 37 | 2015, 6179-6186.

Référence électronique

François Soleilhavoup, « Patine »Encyclopédie berbère [En ligne], 37 | 2015, document P21, mis en ligne le 25 janvier 2024, consulté le 27 février 2024. URL : http://journals.openedition.org/encyclopedieberbere/3495 ; DOI : https://doi.org/10.4000/encyclopedieberbere.3495

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