2.3.2.2 Techniques de préparation des échantillons

Il existe diverses techniques pour préparer les sections de dents pour l’observation microscopique. Comme le fait remarquer S. Stallibrass (1982), la règle d’or de toutes les expériences, lorsque la préparation obtenue n’est pas satisfaisante, a toujours été d’essayer une technique sensiblement ou radicalement différente. Cependant, l’emploi de telle ou telle technique est en général lié aux spécificités des disciplines.

La plus utilisée avec les spécimens modernes est la méthode histologique (e.g. Klevezal’ et Kleinenberg, 1969 ; Grue et Jensen, 1979) qui consiste à décalcifier l’échantillon, le découper en fines sections à l’aide d’un microtome à congélation, teinter les sections à l’hématoxyline, et les monter sur une lame de verre. La coloration permet de faire ressortir les contrastes entre les différentes couches de cément car les annuli sont plus chromophiles que les zones de croissance. Les lames minces obtenues peuvent être observées sous lumière transmise ou lumière réfléchie. Cette méthode a récemment été améliorée (Beasley et al., 1992), mais la décalcification demeure une procédure très délicate sans une bonne expérience préalable (Coy et al., 1982). De plus, elle se prête mal aux dents fossiles car le collagène est parfois résiduel et la structure du cément ne tient alors qu’à l’organisation fragile des composants minéraux (Gordon, 1982 ; Beasley et al., 1992). Les tentatives de A. E. Spiess (1976, 1979) sur des dents fossiles de renne provenant de l’Abri Pataud (20-35 000 BP) font figure d’échec classique de cette méthode en archéologie : seulement 10 sections sur 171 avaient donné des résultats positifs. Même pour des spécimens plus récents, la décalcification peut poser des problèmes et la réussite dépend essentiellement du degré d’altération taphonomique du cément. Ainsi, J. P. Coy et ses collaborateurs (1982) ont tenté l’expérience sur des dents de bœufs de l’époque saxonne (du VIIIe au Xe siècle AD) avec 13 échecs sur 87 lames. Des dents de chiens provenant de sites médiévaux du Danemark ont été décalcifiées par H. Grue (1976) pour des préparations histologiques mais sans grand succès non plus. Cette méthode reste donc confinée à l’étude des spécimens actuels.

Une autre technique employée aussi bien sur les dents récentes que sur les dents fossiles et qui évite le recours à la décalcification est la réalisation de surfaces polies (Bourque et Morris, 1978). Elle consiste à obtenir par égrisage une surface plane d’une section de dent (préalablement incluse dans de la résine ou non) pour l’observation sous lumière réfléchie. Les principaux avantages de cette méthode sont la simplicité de sa mise en œuvre et la possibilité de procéder à des polissages supplémentaires pour augmenter les lectures du cément d’un même échantillon. Ces sections peuvent être également destinées à l’analyse au microscope électronique à balayage (Burke, 1993). Toutefois, les marques de croissance y sont généralement moins bien définies, moins contrastées que dans les lames minces histologiques (Quéré et Pascal, 1983), ce qui expliquerait en partie pourquoi les surfaces polies n’ont pas été plus souvent utilisées en cémentochronologie. I. Debeljak (1996) a amélioré cette technique de façon originale en cautérisant les surfaces à l’aide d’un acide léger et en colorant le cément de la même manière que dans les préparations histologiques. Les résultats se sont révélées très satisfaisants sur des dents d’ours de cavernes (Ursus spelaeus) provenant d’un site paléolithique de Slovénie. Il semblerait néanmoins que les surfaces polies s’appliquent mieux à des couches de cément suffisamment larges, comme sur les dents d’ursidés ou de grands bovidés (Bourque et Morris, 1978) ou dans la région située entre les racines (Quéré et Pascal, 1983) ⁴⁴ . Faute de moyens, nous n’avons pas personnellement vérifié cette hypothèse sur notre matériel, mais c’est une méthode qui mériterait d’être appliquée sur d’autres mammifères, en particulier sur les équidés.

Depuis une vingtaine d’années, la technique de préparation des lames minces dites « pétrographiques » est la plus employée par les archéologues travaillant sur la cémentochronologie (e.g. Gordon, 1982, 1988 ; Savelle et Beattie, 1983 ; Lieberman, 1994 ; Lieberman et al., 1990 ; Pike-Tay, 1991 ; Burke et Castanet, 1995 ; Martin, 1994). C’est la technique que nous avons adoptée dans ce travail, et la procédure suivie est très proche de celle décrite par les auteurs précédents. Toutes les lames minces ont été réalisées au Département des Sciences de la Terre de l’Université Claude Bernard Lyon 1 avec l’aide d’une technicienne spécialisée dans la réalisation des lames pétrographiques de roches dures (Mme Clermont ⁴⁵ ). Compte tenu de ce matériau particulier ⁴⁶ , les premières tentatives ont été faites par précaution sur des dents actuelles de moutons et des dents fossiles de gazelles trouvées hors stratigraphie. Les principales étapes de la procédure sont les suivantes :

1. Chaque prémolaire ou molaire sélectionnée est retirée de la mandibule à l’aide d’une tronçonneuse de précision à scie rotative de vitesse variable (épaisseur de la lame : 0,5 mm) et dans quelques cas à l’aide d’une simple scie à métaux de précision. La découpe passe de chaque côté de la dent de façon à conserver la dent dans son alvéole osseuse et à ne pas abîmer le cément et les racines des dents adjacentes. Avec les fossiles, il arrive parfois que l’os se brise lors de cette étape et les dents sont alors prélevées avec soin sans leur support.
2. Après séchage, la dent débarrassée des débris éventuels est incluse dans une résine époxyde transparente dont la polymérisation n’atteint pas des températures très élevées et n’occasionne aucun retrait. Toutes les résines employées qui présentaient ces qualités se sont avérées satisfaisantes. Des boîtes en plastique translucide pour pellicules photographiques ont servi de contenant. Nous les avons préférées aux moules qui sont proposés sur le marché, d’abord par économie et puis parce que les modèles disponibles correspondent rarement à la taille et à la forme de nos échantillons. La dent incluse est placée durant un quart d’heure dans un appareil d’imprégnation sous vide pour éviter la formation de bulles d’air à la surface des racinesAvant l’imprégnation, D. E. Lieberman et al. (1990) et D. B. Landon (1993) enveloppent fermement les racines dans une feuille aluminium afin de limiter lors de la découpe le changement de dureté des matériaux. Cette précaution ne nous semble pas très pertinente puisque l’étape d permet d’éliminer sur quelques micromètres d’épaisseur la face fraîchement découpée et donc les défauts du sciage. .
3. Au bout de 12 à 24 h, lorsque la polymérisation est complète, le bloc de résine est démoulé et découpé à l’aide de la scie rotative. Il convient de transformer le bloc cylindrique en un parallélépipède aisément manipulable, où les effets d’optiques sont négligeables, puis d’orienter et de scier la dent à travers les racines dans le plan sagittal de manière à ce que le plan de coupe soit perpendiculaire à la surface du cément à étudier. On peut effectuer d’autres tranches parallèles si la largeur de la racine (ou l’épaisseur de la lame de scie) le permet, ou bien ne sélectionner qu’une racine sur les deux. Le bloc destiné à l’analyse doit avoir grossièrement la forme d’un domino.
4. La face interne de la section choisie est aplanie par rodage à l’aide d’une rectifieuse semi-automatique de roches, rincée, puis endurée sous vide avec quelques gouttes de résine. Cette étape permet de remplir les interstices de la dent qui n’ont pu être atteints lors de l’imprégnation, comme certaines parties de la cavité pulpaire, et d’assurer un maintien maximum des zones les plus fragiles.
5. Afin d’ôter le surplus de résine (après séchage) et effacer les stries de rodage, la surface est égrisée à la main avec de la poudre de carbure de silicium. Au cours du rodage, on utilise des poudres à granulométrie successivement plus fine (type 320, 600 puis 1000). Puis elle est collée sur une lame de verre dépolie avec une autre résine époxyde appropriée. Le temps de séchage est de 24 h environ.
6. L’autre face de l’échantillon est rodée à l’aide d’une rectifieuse automatique (meules à grain de type 150 et 360) jusqu’à obtenir une épaisseur de 80 µm. Un polissage à la main avec du carbure de silicium de type 600 puis 1000 est nécessaire pour enlever les traces de rodage et atteindre l’épaisseur idéale de la section (20 à 60 µm)M. J. Beasley et al. (1992) déconseillent la finition par polissage manuel arguant que des débris pourraient s’introduire durant ce procédé. Des incidents de ce type n’ont pas été observés au cours de nos préparations, certainement grâce à l’étape d qui consolide de manière efficace l’ensemble des structures apparentes. L’une des séries de lames minces que nous avons réalisées a cependant été affectée par des dépôts diffus de nature indéterminée (poussière, alumine ?).  : sous lumière naturelle transmise, toutes les structures de la dent doivent être bien visibles (tubules de la dentine, couche granuleuse de Tomes, etc.) et le cément fossile paraître globalement blanc à jaune pâleHabituellement, la lecture du cément est optimale lorsque les tubules de la dentine ne se superposent pas dans toute l’épaisseur de la lame mais sont situés à peu près sur un même plan. Les différences de qualité optique font que l’épaisseur de la lame est variable entre les échantillons fossiles.. La finition est réalisée au moyen d’un porte-lame rotatif sur un feutre de laine imbibé d’alumine. La lame mince obtenue n’est pas scellée par une autre lamelle afin de permettre un repolissage éventuel.

La méthode s’applique à des lots de 10 à 20 spécimens en moyenne. Les étapes a/b ou c/d peuvent être réalisées dans la même journée. Avec le temps de séchage, il faut compter un minimum de 4 jours entre l’extraction de la dent et la lame mince finale.

Comme cette technique détruit une partie du matériel archéologique, nous avons au préalable recueilli un certain nombre d’informations importantes sur les dents sélectionnées : mesures, degré d’usure de la surface occlusale, remarques sur la conservation apparente, etc. De plus, des photographies ont été systématiquement prises pour chaque mandibule ou dent isolée, en face occlusale, face vestibulaire et face linguale.