Une étude, dont les résultats intitulés «High spatial dynamics-photoluminescence imaging reveals the metallurgy of the earliest lost-wax cast object» ont été publiés dans la revue Nature Communications, a permis d'élucider le secret de fabrication d'une amulette en cuivre, vieille de 6000 ans, grâce à une nouvelle approche d'imagerie spectrale de photoluminescence UV/visible. Comme il s'agit du plus ancien objet connu fabriqué à la cire perdue, on peut dire que le mystère de l'invention de la fonte à la cire perdue, une technique à l'origine de la fonderie d'art, a été percé.

Notons tout d'abord que cette amulette en cuivre, a été «découverte dans les années 1980 sur une parcelle occupée il y a 6000 ans, dans un haut lieu d'innovation depuis le Néolithique : Mehrgarh, dans l'actuel Pakistan». Sa forme «indique qu'il a été conçu avec la première technique de fonderie de précision : la fonte à la cire perdue (qui est encore utilisée de nos jours)».

Le procédé consiste à sculpter un modèle «dans un matériau à bas point de fusion comme la cire d'abeille», à l'enrober ensuite de terre argileuse, puis à chauffer l'ensemble «pour évacuer la cire» et le cuire et, enfin, après avoir rempli de métal en fusion le moule, le briser pour libérer l'objet métallique après son refroidissement. Jusqu'ici «on n'en savait pas plus sur la fabrication de cette amulette en cuivre». Ce n'est plus le cas maintenant avec la nouvelle approche par photoluminescence, qui vient d'être utilisée dans l'étude ici présentée.

En effet, l'amulette, «aujourd'hui majoritairement composée d'oxyde de cuivre (cuprite)», émet, malgré tout, «une réponse non uniforme sous illumination UV/visible» et «entre les dendrites formées au début de la solidification du métal en fusion», des bâtonnets, «invisibles avec toutes les autres approches testées», ont été détectés. Ainsi, à partir de «la forme et la disposition de ces bâtonnets», la chaîne de fabrication de l'amulette a pu être reconstruite «avec un niveau de détail sans précédent pour un objet aussi corrodé».

Plus précisément, «il y a 6000 ans, après solidification à haute température du cuivre la constituant, l'amulette était composée d'une matrice de cuivre pur constellée de bâtonnets de cuprite, une conséquence des conditions oxydantes de la fonte». Le cuivre de cette matrice s'est, avec le temps, corrodé, à son tour, en cuprite, de sorte que «le contraste observé par photoluminescence résulte d'une différence de défauts cristallins entre les deux cuprites présentes : des atomes d'oxygène sont manquants dans la cuprite des bâtonnets, défaut qui n'existe pas dans celle formée par corrosion».

En fin de compte, «cette nouvelle technique d'imagerie, à haute résolution et très grand champ de vue, a permis d'identifier le minerai utilisé (du cuivre particulièrement pur), la teneur en oxygène absorbée par le métal en fusion, et même les températures de fonte et de solidification (proche de 1072°C)». Cette découverte, qui prouve «le potentiel de cette nouvelle approche d'analyse», pourra désormais «être appliquée à l'étude d'une très large gamme de systèmes complexes : matériaux semi-conducteurs, composites… et bien sûr objets archéologiques».