LES TECHNIQUES D'EXTRACTION ET DE TRAITEMENT DES OSSEMENTS DE VERTEBRES FOSSILES.

Extraction d'un fémur de Gomphotherium sp . dans le Serravallien  ( Miocène supérieur continental ) des environs d'Aix-en-Provence ( gisement du Collet - Redon , commune de Saint-Cannat , Bouches-du-Rhône ). Dans une opération de dégagement d'un fossile fragile contenu dans une matrice elle-même très friable ( ici une marne ) , les outils les plus efficaces se révèlent souvent être une pointe métallique , une spatule et un pinceau .

Consolidation et réparation des spécimens sur le terrain

Les conditions physiques de conservation des ossements fossiles varient en relation avec la nature des niveaux sédimentaires qui les contiennent , ainsi qu'en fonction de leur composition chimique et de leur structure cellulaire. Certains sont solides et  peuvent être collectés et extraits de leur matrice sans traitement préalable , d'autres sont friables et doivent être consolidés avant toute manipulation.

Le processus de consolidation des spécimens consiste à introduire une solution adhésive dans un solvant approprié et le tout dans les pores et les fissures du fossile. Quand le solvant s'est évaporé , les différents fragments du fossile demeurent fixés entre eux par le composant solide de la solution. Pour être efficace la solution doit pénétrer profondément et déposer autant d'adhésif que possible à l'intérieur du spécimen. La porosité et les propriétés d'absorption varient d'un fossile à un autre et la forme optimum d'une solution consolidante sera celle ayant la plus haute viscosité et assurant la plus forte pénétration. Le nombre d'applications d'un consolidant nécessaire pour  assurer la solidité d'un fossile varie d'un spécimen à un autre , mais dans tous les cas il est indispensable que le spécimen soit parfaitement sec avant chaqe application.

La pratique de la consolidation et de la réparation des fossiles a maintenant plus d'un siècle et de nombreuses substances , autrefois utilisées , ne sont plus considérées comme efficaces et leur usage a été abandonné. C'est le cas du Shellac , une substance résineuse produite par un insecte ( Coccus lacca ) et dont la solution dans l'alcool méthylé a été d'un usage universel comme consolidant . Cette substance était aussi utilisée comme un adhésif. Dans les collections des Muséums d'Histoire Naturelle français datant du début du XXe siècle   , il est facile de reconnaître les fossiles consolidés ou réparés avec ce produit à leur couleur brun-rouge et à leur odeur de cire trés caractéristique   qui s'en dégage lorsqu'on applique un fer chaud sur le spécimen. Les cires , et en particulier , la paraffine , ont été fréquemment utilisées , plus comme adhésifs que comme consolidants. Il en est de même du nitrate de cellulose .Cette substance , sous la forme d'un celluloid , fut largement utilisée pour ses propriétés adhésives jusqu'en 1940 et une solution légère mélangeant acétone et acétate d'amyl fut utilisée comme consolidant .

Les agents consolidants et adhésifs modernes sont habituellement des plastiques dissous dans des solvants divers ou des émulsions aqueuses.

- Le butyral de polyvynil : C'est l'une des meilleures résines jouant à la fois le rôle de consolidant et d'adhésif .Sous l'appellation Butvar B 98 et dissoute dans l'alcool isopropylé , elle forme un excellent consolidant   alors que le Butvar B 76, le seul à pouvoir être dissous dans l'acétone , forme un adhésif puissant . A ce groupe se ratache ausi le butyral M 150, résine incolore soluble dans l'acétone ou dans l'alcool diacétone.

- L'acétate de polyvynil : Pour la consolidation il doit être utilisé en solution dans le toluène ou dans l'alcool méthylé industriel. Le seul inconvénient à son usage est qu'il confère aux spécimens traités un vernis marqué qui peut être atténué si le spécimen est mis à sécher lentement dans une atmosphère à base du solvant utilisé pour la dissolution de ce plastique .

- Le polybutylméthacrylate : En solution dans le toluène il est appellé Bédacryl 122 X dans les pays anglo-saxons . C'est un agnent consolidant et protecteur , surtout utilisé dans la conservation des fossiles pyriteux. Sous l'appellation de Vinalak 5909 ou 5911 et dilué dans le méthyléthylkétone, il peut être utilisé dans les opérations de dégagement des fossiles à l'acide.Ces plastiques résistent en effet à une longue immersion dans l'acide acérique ou l'acide formique dilué .

- L'alcool polyvinyl : Sa caractéristique principale est de n'être soluble dans pratiquement rien à part l'eau et d'être trés résistant à tous les solvants organiques. En solution visqueuse il peut être utilisé comme adhésif.

- Le nylon soluble : Il a d'abord été utilisé en archéologie dans les années 1950. Il a le grand avantage de former un film quasi-invisible sur l'objet . Bien qu'il ne soit pas soluble dans l'eau , il est perméable à l'eau. Le plastique est utilisé en solution à 5 % dans un mélange d'eau et d'alcool méthylé industriel. Le meilleur solvant pour cet agent est le méthanol.

- Les résines Epoxy : Ce sont d'excellents adhésifs , mais elles présentent l'inconvénient majeur de ne pouvoir être enlevées que très difficilement et de décolorer les spécimens. Le plus grand avantage de cet agent est sa résistance .Le problème de la décoloration peut être résolu avec de l'Araldite MY 790 et le durçisseur HY 922 .

Parmi les autres agents consolidants et adhésifs ,  il faut citer le monomère Alpha - Cryanocrylate qui polymérise presque immédiatement à l'air et qui est soluble dans l'acétone.

L'introduction de ces solutions consolidantes peut se faire par plusieurs moyens . Le plus classique demeure l'usage du pinceau. On peut aussi utiliser une pipette pour les spécimens de petites dimensions. L'agent chimique peut également être réparti en aérosol. C'est une technique qui peut se révéler très efficace pour les spécimens friables ou pulvérulents. Mais le meilleur moyen de consolidation demeure l'immersion totale du spécimen dans une solution ou dans une émulsion. Cette technique n'est évidemment applicable qu'aux pièces solides et en parfait état de conservation.

Extraction d'un nid de Dinosaure dans le Maastrichtien continental des environs de Saint-Chinian ( Hérault ). L'extrême dureté du sédiment ( un grès à éléments fins d'origine fluviatile)  rend indispensable l'usage d'un marteau et d'un ciseau afin de  sculpter et découper un bloc contenant les oeufs fossiles. L'opération est longue et délicate . Au fur et à mesure de leur dégagement les surfaces des fossiles sont soigneusement enduites d'un agent consolidant .

Collecte et traitement des spécimens sur le terrain

La localisation géographique et la position stratigraphique exactes du spécimen doivent être connues et notées avec précision. Pour cette raison les pièces les plus importantes d'un équipement de terrain sont un carnet et un crayon. Un décamètre , une boussole avec clinomètre , une carte géographique ( 1 25 000 e ) et /ou géologique ( 1 50 000 e ) sont souhaitables surtout si la collecte se fait le long d'affleurements verticaux.

Les outils varient en fonction de la nature du sédiment rencontré et dépendent ausi du choix personnel du chercheur. Dans les opérations de dégagement des fossiles les outils les plus variés peuvent être utilisé depuis, de petites spatules  à usage dentaire jusqu'aux pioches et barres à mine.

L'outil de base est évidemment le marteau. Il figure pour cette raison sur les armes de divers congrès et associations géologiques dans le Monde. En terrain dur il faut adopter un marteau à frappe de section carrée d'un côté et pointue de l'autre. En terrain meuble ou non consolidé , le bord tranchant ou panne , formant piochon , est préférable à la pointe.

Dans les roches dures telles que les grès , on peut utiliser des burins de diverses formes qui s'introduisent facilement dans les fissures de la roche . Il faut cependant éviter de les utiliser comme leviers car ils peuvent se tordre ou se briser facilement. Ce type de travail doit plutôt être effectué à la barre à mine. Une masse peut être utilisée avec profit pour débiter de gros blocs.

Les fossiles sont quelquefois craquelés et friables et doivent être soigneusement consolidés avant toute tentative d'extraction . Il est donc indispensable d'emporter sur le terrain les gants consolidants et / ou adhésifs   permettant un premier traitement des spécimens in situ. Il est aussi utile de disposer d'un choix varié de petits pinceaux pour l'application des produits ainsi que pour un premier nettoyage des spécimens avant traitement .

Une consolidation des spécimens sur le terrain est souvent nécessaire .Si le spécimen est sec il n'y a pas de problème et l'un des agents plastiques précédemment cités peut être utilisé .Une application immédiate sur les parties du spécimen visibles  avant dégagement est souhaitable. La consolidation des spécimens très humides soulève un problème difficile. Si l'humidité est localisée au seul niveau fossilifère ou si elle résulte de conditions météorologiques passagères , la meilleure solution consiste à transporter le spécimen avec sa matrice dans un lieu abrité où il pourra être traité .Si la première solution s'avère impossible on peut recouvrir le fossile avec une bâche ou une feuille d'aluminium jusqu'à ce qu'il soit complètement sec et que l'on puisse le traiter avec des agents consolidants.

Des sachets en plastique , ainsi que des boites en plastique de petites ou de moyennes dimensions , accompagnés d'un jeu d'étiquettes adhésives permettront de préserver les fragments détachés de moindres dimensions.

Des lunettes de protection analogues à celles utilisées dans l'Industrie préserveront le collecteur  des éclats de roche produits par le choc des marteaux et qui peuvent se révéler dangereux pour les yeux.

Un emballage soigneux des spécimens collectés est indispensable .Il peut se faire dans du papier journal pour les spécimens de grandes dimensions ou dans du tissu ou du coton pour les spécimens les plus délicats.

Quand le chercheur se trouve devant une accumulation d'ossements en connexion ou non , il importe avant tout de déterminer précisément les limites du groupement fossilifère par de petits sondages destinés à circonscrire la future zone de fouilles avec la plus grande précision. Le travail consiste alors à extraire un volume de matrice suffisamment important  pour permettre un transport des ossements à l'abri de tout choc. Pour être certain que le (ou les) bloc (s) ainsi délimité (s)   contienne (nt) tous les ossements , leur délimitation s'opérera en profondeur et en extension au delà du seuil supposé d'extension véritable du fossile.

Extraction d'une hémi-mandibule de Gomphotherium sp. dans le Miocène supérieur continental des environs d'Aix-en-Provence ( Bouches-du-Rhône , France ). Le dégagement du fossile est un travail long et fastidieux qui exige une grande précision . Au fur et à mesure de son dégagement la mandibule est enduite d'un agent consolidant.

Lorsque les blocs fossilifères ont été soigneusement délimités et excavés  , l'usage le plus courant est de les entourer de bandages de plâtre . Il faut éviter d'appliquer ceux-ci directement sur les spécimens car la capacité d'adhérence du plâtre peut occasionner d'irrémédiables dégâts au fossile lors de la phase de dégagement en laboratoire. Les parties du bloc où les ossements affleurent seront soigneusement recouvertes de papier journal après que les parties visibles des pièces osseuses aient été consolidées .La meilleure solution , ou du moins celle qui ne réclame que peu de manipulations , consiste à se servir de bandes plâtrées identiques à celles utilisées en milieu médical et commercialisées en pharmacie. Elles doivent de dimensions suffisantes  ( longueur et largeur ) pour enserrer solidement le bloc  ( largeur comprise entre 7 et 15 centimètres ).Si on ne dispose pas de bandes plâtrées on peut utiliser de la toile de jute découpée au préalable en bandes ( 150 x 15 cm ) et laissées à tremper dans du plâtre durant quelques minutes.

Extraction d'un fémur de Gomphotherium sp. dans le Miocène supérieur continental des environs d ' Aix-en-Provence (  Bouches-du-Rhône , France  ). Le fossile , dégagé et consolidé, est entouré de bandages plâtrés qui permettront son enlèvement et son transport.

Les bandages doivent entourer la totalité du bloc et l'opération doit être répétée au fur et à mesure du dégagement et jusqu'à ce que le bloc soit entièrement recouvert. Au cours de cette phase de dégagement et afin d'assurer une meilleure manutention du bloc , des baguettes de bois ou des tiges d'acier peuvent être fixées le long de ce dernier et englobées dans les bandes plâtrées afin de renforcer la cohésion de l'ensemble. Deux d'entre elles , en bois de préférence et de longueur plus importante , peuvent être utilisées pour la manutention et le transport du bloc.

La dernière phase d'extraction consiste à libérer le bloc , enserré dans une gangue de plâtre , de son attache au substrat sédimentaire. Pour cela on introduira à la base  du bloc un ou plusieurs ciseaux plats afin de le détacher. Le bloc doit ensuite être retourné avec précaution. C'est une phase délicate qui ne doit être entreprise que lorsque la gangue de plâtre est complètement sèche. La face inférieure du bloc est alors , à son tour , enserrée de bandes plâtrées.

La collecte d'ossements dans des niveaux sédimentaires , tels que des marnes ou des sables ,  est plus facile car les ossements peuvent souvent être dégagés et consolidés séparément. Les outils requis sont alors des couteaux , des spatules et autres outils analogues à ceux utilisés par la chirurgie dentaire. La meilleure solution est de procéder à un dégagement des ossements  en numérotant et photographiant chaque pièce in situ. Un plan montrant la position des divers éléments osseux sera dressé. Après consolidation les os seront dégagés et plâtrés selon la technique décrite précédemment. Le sol autour de chaque spécimen est creusé de manière à aménager un piédestal enserrant la base de chaque pièce. Ce piédestal sera à son tour supprimé après que l'os ait été consolidé et plâtré.

La collecte des spécimens n'est généralement qu'une première étape dans la préparation et l'étude des pièces , aussi l'efficacité et la maîtrise des opérations de dégagement conditionnent la préparation ultérieure de la pièce. C'est ainsi qu'il faut éviter de recouvrir les pièces d'une épaisseur trop importante de bandes plâtrées  car l'ouverture de la gangue de plâtre peut s'avérer très difficile et faire subir au fossile des dommages graves.

Avant , pendant et après les travaux d'extraction la rédaction de notes manuscrites détaillées se rapportant aux données livrées par la fouille ( nature du sédiment , orientation du ( ou des ) fossile(s) , etc.. ) est indispensable . Une partie notable de l'information relative au fossile est livrée par la fouille et disparaît avec elle .

Extraction d'un radius de dinosaurien ornithopode ( Rhabdodon sp. ) dans le Rognacien (Maastrichtien supérieur ) des environs de Castigno ( Hérault ). Le fossile , après avoir été dégagé et consolidé , est enserré de bandes plâtrées.

Dégagement et traitement des spécimens au laboratoire

L'enlèvement de la matrice enserrant les fossiles peut se faire par des procédés mécaniques ou chimiques.

L'outil traditionnel demeure le petit marteau de sculpteur   accompagné de burins de petites dimensions permettant un travail de précision. Durant cette phase le spécimen doit être solidement installé .Un déplacement , même léger , peut avoir de graves conséquences pour le fossile .Il est donc préférable de placer le bloc , avant dégagement , sur des sacs remplis de sable ou de sciure de bois qui amortiront les chocs.

Le travail doit toujours débuter par la portion du bloc qui , sur le terrain , présentait les vestiges osseux les plus importants et les plus visibles. Le dégagement des pièces doit s'effectuer lentement sus un éclairage puissant et s'accompagner d'une consolidation fréquente des parties du fossile exposées , surtout quand celles-ci montrent des signes de faiblesses sous l'effet des ondes de choc .

Le dégagement au marteau et au ciseau de surfaces arrondies   telles que des crânes ou de surfaces allongées telles que des os des membres est chose relativement aisée. Il n'en est pas de même du dégagement d'une mâchoire. L'usage du marteau doit alors céder la place à celui de pointes ou de grattoirs en acier permettant de suivre avec une extrême précision les dessins des pics dentaires.

Des outils modernes permettent un dégagement plus rapide et plus sûr de la matrice. Les machines dentaires ( " fraises " ) sont particulièrement efficaces. Les têtes de ces appareils , généralement amovibles et interchangeables , sont de deux types : rotatives ou perçantes . Des scies circulaires diamantées , des disques abrasifs ou des brosses métalliques peuvent s'y adapter. Les pointes perçantes ou les disques coupants permettent d'enlever la matrice entourant le fossile jusqu'à ce que celui-ci soit suffisamment proche pour qu'un dégagement par percussion soit aisé.

D'autres appareillages plus spécifiques peuvent être utilisés , mais ils sont , souvent de par leur prix de revient , hors de la bourse d'un amateur. C'est par exemple le cas des cuves de lavage par ultrasons dont la taille peut varier de 15 cm2 à 1 ou 2 m2 et qui peuvent se révéler très efficaces pour nettoyer de petits fossiles et les débarrasser de résidus encroûtants.

Des méthodes chimiques peuvent être utilisées dans la préparation des ossements fossiles. La plus répandue utilise l'acide acétique . L'acide acétique dilué dissout les carbonates de la matrice mais n'attaque pas l'apatite , constituant principal des ossements fossiles. Une dilution de l'acide dans l'eau à 33 % doit être utilisée , bien qu'une concentration à 10 - 15 % peut se révéler plus efficace dans certains cas. Cette méthode est à utiliser avec la plus grande prudence   et après essais préalables sur de petits spécimens osseux  de nature et de provenance identiques au spécimen en cours de dégagement.

L'acide formique peut aussi être utilisé avec les mêmes précautions. Un mélange acide acétique / acide formique peut détruire ou endommager irrémédiablement un os , aussi il est indispensable de laver soigneusement une pièce entre deux traitements à l'aide d'acides différents.

L'usage de ces produits est dangereux pour l'utilisateur   car il peut occasionner des brûlures de la peau ou des irritations durables des yeux. Aussi leur manipulation doit -elle se faire avec des gants , sous une hotte ventilée ou dans un local suffisamment aéré.

D'autres acides peuvent aussi être utilisés , ainsi Howle ( 1974 ) utilise une solution de 5 % d'acide thioglycollique et de 9 % d'orthophosphate de calcium  dans de l'eau pur dégager des crânes de poissons fossiles de leur gangue faite d'hématite. Les ions de fer de l'hématite sont convertis en sels ferreux solubles. On peut aussi utiliser les acides hydrofluoriques et hydrochloriques , l'hexamétaphosphate de sodium , le thiosulphate de sodium , le peroxyde d'hydrogène , l'hypochlorite de sodium et la pyridine.

Pour en savoir plus :

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