Tomographie neutronique de cercueils d'animaux scellés en alliage de cuivre de l'Égypte ancienne

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4582 (2023) Citer cet article

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La momification animale était monnaie courante dans l'Égypte ancienne, les restes de nombreux animaux étant placés à l'intérieur de statues ou de boîtes votives avec des représentations d'animaux ou de créatures hybrides homme-animal. Les boîtes votives étaient fabriquées à partir d'une variété de matériaux et souvent scellées; certaines boîtes sont encore conservées dans cet état dans les collections des musées. Une étude antérieure de boîtes votives scellées en alliage de cuivre de la collection du British Museum a utilisé la tomodensitométrie à rayons X pour rechercher des restes d'animaux, où une mauvaise qualité d'image en résultait en raison de l'atténuation des boîtes et des métaux denses apparents à l'intérieur. Dans cette étude, la tomographie neutronique a été appliquée à six des boîtes votives précédemment examinées. Des restes d'animaux, probablement des lézards, et des fragments d'emballages textiles ont été découverts à l'intérieur de trois des boîtes. Des preuves du processus de fabrication et des réparations ultérieures des boîtes ont été découvertes par des neutrons. Des quantités importantes de plomb ont également été identifiées dans trois cartons. Les résultats démontrent l'efficacité de la tomographie neutronique pour l'étude des restes momifiés à l'intérieur de conteneurs métalliques scellés et fournissent des preuves reliant les figures animales représentées sur le dessus des boîtes votives aux restes cachés.

La momification des animaux était une pratique répandue dans l'Égypte ancienne. Des restes d'animaux, supposés être des incarnations physiques de divinités, des offrandes votives ou faisant partie d'une performance rituelle, ont été découverts à l'intérieur de nombreux complexes religieux, datant pour la plupart du 1er millénaire avant notre ère1,2,3,4. Les restes étaient parfois placés dans des statues d'animaux ou à l'intérieur de boîtes comportant une représentation de l'animal sur le dessus1,4,5,6,7,8. Ces boîtes sont indifféremment appelées dans la littérature égyptologique « cercueils d'animaux » ou « boîtes votives », bien qu'il ne soit pas toujours clair si elles contiennent systématiquement les restes d'un animal, ou si elles étaient de nature votive plutôt que de remplir une fonction rituelle9. De nombreuses espèces animales étaient représentées sur les boîtes, notamment des faucons, des chats, des mangoustes, des serpents, des anguilles, des lézards et des musaraignes. Différents matériaux ont été utilisés dans la fabrication des boîtes, y compris le bois, le calcaire et l'alliage de cuivre (notamment le bronze ou le bronze au plomb10,11), et ils varient considérablement dans leur forme et leur taille.

Une petite boîte en calcaire surmontée d'une figure de musaraigne, découverte à Saqqarah, contenait une momie de musaraigne par radiographie X8. Aucun reste d'emballage n'a été découvert dans la boîte, bien que leur présence d'origine ne puisse être ignorée. La radiographie a également été utilisée pour découvrir une momie de serpent à l'intérieur d'une boîte en bois surmontée d'une figure de serpent7.

Les boîtes votives en alliage de cuivre étaient généralement fabriquées par moulage, avec une ouverture à une extrémité qui était ensuite scellée avec un bouchon en plâtre et un panneau métallique. Beaucoup de ces boîtes n'étaient pas intactes lorsqu'elles ont été découvertes, et généralement aucun reste d'animal n'était présent à l'intérieur. Des fragments d'os de chat ont été trouvés à l'intérieur d'une ouverture dans une boîte en bronze avec une figure de chat en bronze assis sur le dessus12 (British Museum EA65795). Dans certains cas, seuls des morceaux de textile ont été retrouvés à l'intérieur des cartons, peut-être des restes d'emballages d'animaux1.

La tomodensitométrie (TDM) à rayons X a été appliquée avec succès à l'étude non invasive de momies d'animaux enveloppées et non emballées, à l'aide de scanners médicaux, de systèmes de tomodensitométrie microfocus en laboratoire et de microtomographie synchrotron13,14,15. Une limitation de l'imagerie par rayons X est la présence de métal - en particulier de plomb ou de bronze au plomb - ou d'autres matériaux très denses dans le trajet du faisceau. L'atténuation des rayons X par des objets denses entraîne des artefacts d'image dans les volumes de tomodensitométrie reconstruits, tels que des stries et un durcissement du faisceau16,17. Ces artéfacts peuvent masquer des caractéristiques intéressantes, en particulier celles des matériaux de faible densité.

Une étude précédente a appliqué la radiographie X et la tomodensitométrie aux rayons X à un groupe de huit boîtes votives intactes en alliage de cuivre de la collection du British Museum, surmontées de représentations d'anguilles, de reptiles et d'hybrides homme-anguille-cobra9. Les tomodensitogrammes à rayons X ont mis en évidence la présence d'os d'animaux à l'intérieur de certaines des boîtes, bien que la qualité de l'image ait été entravée par une forte atténuation des rayons X du métal, malgré l'utilisation de tensions de tube à rayons X allant jusqu'à 450 kV. Des indications sur le processus de fabrication des boîtes et les méthodes utilisées pour sceller les extrémités ouvertes ont été observées à la fois en radiographie et en tomodensitométrie. À l'intérieur de trois des boîtes, des objets très denses ont été identifiés à partir des artefacts de stries intenses dans les données. Ceux-ci étaient soupçonnés d'être fabriqués à partir d'un alliage de cuivre ou de plomb, mais aucun détail supplémentaire n'a pu être révélé en raison de leur épaisseur et de leur densité.

L'imagerie neutronique a été établie comme une technique non invasive complémentaire à l'imagerie par rayons X18,19. Alors que les rayons X sont généralement plus fortement atténués par des éléments de numéro atomique plus élevé, les neutrons ne présentent pas une telle corrélation ; notamment, contrairement aux rayons X, les neutrons sont fortement atténués par l'hydrogène et faiblement atténués par les métaux, dont le plomb. L'imagerie neutronique peut donc être particulièrement efficace pour détecter des matières organiques, et plus généralement des matières légères, enfermées dans des tubages denses, par exemple de l'eau à l'intérieur d'une roche poreuse20. Ces propriétés ont été appliquées avec succès aux études sur le patrimoine culturel : révéler le contenu organique des statues de Bouddha tibétain en bronze21,22 et des reliques à l'intérieur d'une pierre d'autel23 ; examen de la fabrication d'une maquette de bateau en bronze24 ; et la cartographie des phases de corrosion dans les épées en fer25. La tomographie neutronique a également été comparée à la tomodensitométrie dans l'étude d'une momie de chat enveloppée26. Dans une étude réalisée en 1985 par Jett, Sturman et Drayman-Weisser, une statue de faucon en bronze du Walters Art Museum de Baltimore s'est avérée contenir des os d'oiseau grâce à l'utilisation d'un endoscope inséré à travers une petite ouverture dans sa tête. La radiographie n'a pas pu révéler d'autres informations sur les restes en raison de la forte atténuation des rayons X du bronze; la radiographie neutronique a donné une image bien améliorée des os à l'intérieur de la statue6.

Cet article détaille la tomographie neutronique de six boîtes votives en alliage de cuivre de la collection du British Museum précédemment étudiées par radiographie et imagerie CT9. Ces rares exemples de boîtes encore scellées ont été sélectionnés en fonction de la présence potentielle de caractéristiques/matériaux intéressants suggérés par l'étude précédente. Il y a un débat parmi les égyptologues concernant la nature et la fonction de ces boîtes, d'où l'intérêt de vérifier la présence ou l'absence de momies animales à l'intérieur. De nombreuses boîtes sont très petites et n'auraient pas pu accueillir le corps de l'animal momifié représenté sur le dessus, ou du moins pas le corps complet. Il est également difficile de prouver que ces boîtes étaient exclusivement des objets votifs. Des discussions récentes sur des bronzes égyptiens produits en série – contemporains de cet ensemble de six boîtes, et souvent retrouvés dans des contextes archéologiques similaires – suggèrent que certains auraient pu être utilisés lors de rituels27, ce qui peut aussi être le cas de certaines de ces boîtes. S'appuyant sur les travaux antérieurs, les objectifs de l'expérience étaient d'identifier les restes organiques à l'intérieur des boîtes, de mieux comprendre la fabrication des boîtes et d'identifier les objets denses inconnus précédemment observés à l'intérieur de trois des boîtes.

Trois des boîtes votives examinées dans cette étude - numéros d'accès au British Museum EA27584, EA49144 et EA49146 - ont été découvertes à Naukratis dans le delta occidental du Nil en 1885. Naukratis était un port international fondé à la fin du VIIe siècle avant notre ère et était un élément clé d'un réseau commercial entre le monde méditerranéen et la vallée du Nil. Les boîtes présentent des représentations de lézards et d'anguilles et dateraient de 500 à 300 avant notre ère2,4,28.

La boîte EA36167, surmontée d'une figure de lézard, a été découverte à Tell el-Yehudiyeh dans le delta oriental du Nil et a été achetée par le British Museum en 1876. La boîte est attribuée à la période tardive (664–332 avant notre ère), et aucune autre information n'est connue sur son lieu de découverte ou son contexte. Une fissure étroite court le long de la base de la boîte, mais elle ne semble pas aller jusqu'à l'intérieur.

Les boîtes EA71428 et EA36151 (chacune de provenance inconnue) sont toutes deux surmontées d'une figure mi-anguille, mi-cobra, à tête humaine. La boîte EA71428 a été enregistrée dans la collection du British Museum en 1989 et la boîte EA36151 a été achetée par le musée en 1867. Elles sont toutes deux probablement datées de la période tardive, du début de la période ptolémaïque au plus tard, du milieu du VIIe au IIIe siècle avant notre ère. Les boîtes votives représentant des anguilles et des lézards étaient associées dans l'Égypte ancienne au dieu solaire et créateur Atoum29. Atum est souvent représenté sous une forme anthropomorphe, comme une créature mi-anguille mi-cobra à tête humaine portant une double couronne.

Les six boîtes votives étudiées sont en alliage de cuivre, et sont encore scellées par un bouchon en plâtre ; un perçage est présent dans le bouchon du boîtier EA49144, bien qu'il ne le pénètre pas entièrement. Les détails et les photographies des six boîtes sont donnés dans le tableau 1.

Dans les résultats détaillés ci-dessous, la convention suivante a été utilisée pour l'orientation des coupes tomographiques : droite/gauche - correspondant à la bonne droite/gauche de la créature surmontant la boîte ; avant - l'extrémité de la boîte la plus proche de la tête de la créature (en face de l'ouverture scellée). Les tranches de la vue de dessus sont orientées de sorte que le mur droit soit en bas et le mur avant soit à droite de la tranche. Les tranches de vue latérale sont orientées de telle sorte que la base de la boîte soit en bas et que la paroi avant soit à droite de la tranche. Les tranches de la vue de face sont vues depuis l'avant de la boîte, de sorte que les parois gauche et droite sont mises en miroir. Les incertitudes sur les mesures de distance sont de ± 0,2 mm pour les cinq premières boîtes répertoriées (taille de voxel reconstruite de 0,055 mm) et de ± 0,4 mm pour la boîte EA36151 (taille de voxel de 0,103 mm).

La boîte surmontée de deux lézards contenait des restes d'animaux et des pièces textiles apparemment utilisées pour envelopper les restes avant leur placement dans la boîte (Fig. 1). Bien que les restes d'animaux soient dans un état fragmentaire, un os long mesurant env. 8,1 mm sont visibles (Fig. 1a). Le textile peut être du lin, du coton ou de la laine30, mais on pense qu'il s'agit de lin, car il est couramment utilisé dans les emballages de momies d'animaux31. Le textile a un tissage lâche, avec un espacement de 1 à 2 mm entre les fils. La technique de la fonte à la cire perdue32 est attestée par la présence de chapelets et d'une couche de matériau d'âme (éventuellement de l'argile) recouvrant les parois internes (Fig. 1b). Les chapelets sont intégrés dans les parois de la boîte et le matériau du noyau et atténuent fortement les neutrons (coefficients d'atténuation linéaire de 1,5 à 1,6 cm−1), probablement en raison des produits de corrosion des métaux contenant de l'hydrogène tels que les hydroxydes. La quantité significativement plus élevée de corrosion sur les chapelets suggère qu'ils étaient en fer, car le fer est plus susceptible de s'oxyder que les alliages de cuivre et se corrode donc plus rapidement. D'autres preuves de corrosion sont visibles sur les couches extérieures des figures de boîte et de lézard. Il n'y a pas de discontinuité visible entre la boîte et les boucles ou les figures de lézard, suggérant que toutes ont été fabriquées en une seule coulée. Les rendus de volume CT neutronique de la boîte EA27584 sont donnés dans les informations supplémentaires Fig. S1.

Images CT neutroniques à projection d'intensité maximale (MIP) multiplanaire EA27584 : (a) vue latérale, tranche de 1,16 mm d'épaisseur centrée à 6,1 mm du côté droit de la boîte, mettant en évidence la présence d'un os de 8,1 mm de long (flèche pleine) ; (b) vue de dessus, tranche de 12,43 mm d'épaisseur centrée à 8,3 mm de la base de la boîte, montrant la présence de textile, de chapelets corrodés (flèches pleines) et de matériau de base (flèches en pointillés).

La tomographie neutronique de la boîte surmontée de la figure de l'anguille et de deux boucles de suspension a révélé la présence d'un bouchon de plâtre d'un côté et de fragments et concrétions de l'autre côté, mais aucun reste animal identifiable (Fig. 2). La caractéristique la plus intéressante est la présence d'un fragment de textile dans le bouchon de plâtre, montrant clairement les fils individuels, espacés d'env. espacés de 0,8 mm et disposés en armure toile (c'est-à-dire que les fils de chaîne et de trame se croisent à angle droit) (Fig. 2a). La fiche continue jusqu'à 46 mm dans la boîte. Il y a une forte chute de l'atténuation neutronique de la bougie à partir d'env. 0,3–0,1 cm−1 au-delà d'une profondeur de 27 mm (à la frontière entre les régions notées 1 et 2 sur les Fig. 2b, c). On ne sait pas quelle est la cause de cette différence d'atténuation; une explication possible est que le plâtre dans le bouchon ne s'étend qu'à cette profondeur, et au-delà se trouve uniquement le textile le plus faiblement atténuant. Le perçage de 3,5 mm de large dans le bouchon, visible de l'extérieur de la boîte, s'étend sur env. 5 mm dans la fiche. Un autre vide étroit s'étendant sur toute la longueur du bouchon a été révélé par la tomodensitométrie neutronique. Ce vide n'est pas rectiligne, et varie de 0,2 à 0,9 mm de largeur, suggérant qu'il ne s'agit pas d'un trou percé, mais peut-être d'un interstice issu du pliage du textile à l'intérieur du bouchon.

Tranches CT neutroniques EA49144. (a) Vue latérale, tranche de 3,2 mm du côté droit de la boîte (flèche pleine : textile dans la prise). Vue de dessus tranches à (b) 4,0 mm et (c) 5,3 mm de la base de la boîte, avec régions internes (1) bouchon de plâtre (2) extrémité faiblement atténuée du bouchon, (3) fragments. Flèche pleine : objet non identifié adjacent au bouchon ; flèches pointillées : trou percé dans le bouchon ; flèches pointillées : vide étroit s'étendant à travers le bouchon.

Le matériau fragmenté dans la boîte comprend une matrice contenant plusieurs objets arrondis jusqu'à 1,2 mm de largeur avec des atténuations de neutrons allant de 0,6 à 0,9 cm-1. Un objet supplémentaire non identifié est présent à l'intérieur du boîtier, à proximité de la prise (Fig. 2b). L'objet est d'env. 7,7 × 1,5 × 0,3 mm, avec la forme d'un morceau de papier ou de tissu enroulé, et a une atténuation des neutrons de 0,9 à 1,0 cm−1.

Plusieurs petites vertèbres mesurant env. 1 × 1,5 × 2 mm ont été révélés par le scanner neutronique de la boîte EA49146 (Fig. 3), ainsi que de multiples fragments lâches, éventuellement osseux. Les coefficients d'atténuation des neutrons des vertèbres et des fragments ont été mesurés à 0,3–0,5 cm−1, comparables à l'os long de la boîte EA27584 (0,4–0,5 cm−1). Un petit fragment de textile a été vu près du haut de l'intérieur de la boîte, mesurant env. 3 × 3 mm. Trois chapelets corrodés sont présents, dont l'un s'est cassé du mur droit et repose librement à l'intérieur de la boîte.

Tranches de CT à neutrons multiplanaires EA49146, moyennées sur une épaisseur de tranche de 0,44 mm : (a) tranche de vue latérale centrée à 7,0 mm du côté droit de la boîte (flèche pleine : plaque métallique recouvrant le bouchon, flèche en pointillé : bouchon, flèche en pointillé : chapelet lâche) ; (b) coupe de vue latérale centrée à 11,7 mm du côté droit de la boîte (en médaillon : vertèbre, coupe transversale ); (c) tranche vue de dessus centrée à 13,8 mm de la base de la boîte (en médaillon : fragment de textile) ; (d) coupe vue de dessus centrée à 2,1 mm de la base de la boîte (en médaillon : vertèbres, coupe longitudinale, indiquée par des flèches pleines).

La boîte EA36167 a différentes régions et divers matériaux à l'intérieur. Immédiatement derrière le panneau métallique obturant l'ouverture se trouve une couche de plâtre de 13 à 20 mm de longueur, suivie d'un faisceau textile mesurant environ 50 × 20 × 11 mm. Au-delà du faisceau, à l'extrémité de la boîte la plus éloignée de son ouverture, se trouve un matériau peu atténuant à l'interface avec les parois de la boîte, avec un vide en son centre (Fig. 4). Trois chapelets corrodés - apparaissant sous forme de zones claires - sont présents à l'intérieur des parois de la boîte, un dans le mur opposé à l'ouverture et un dans chacune des parois latérales.

EA36167 coupes CT multiplanaires à neutrons, moyenne sur une épaisseur de coupe de 0,55 mm : (a) coupe vue de dessus centrée à 6,9 mm de la base de la boîte montrant trois régions internes, (1) bouchon de plâtre scellant la boîte, (2) restes de textiles et d'animaux, (3) plomb avec vide au centre (flèches pleines : chapelets corrodés ; flèches pointillées : vertèbres, coupes transversales ; flèche pointillée : crâne de lézard ; encadré : contraste-enhan vue cd d'un os long de 6,2 mm de long) ; (b) tranche de vue de dessus centrée à 8,9 mm de la base de la boîte (flèche en pointillé : vertèbre ; encart : vue à contraste amélioré de la partie supérieure du crâne de lézard en vue de dessus, avec des orbites indiquées par des flèches pleines).

Dans le faisceau textile, il semble y avoir plusieurs petits os et fragments d'os, dont un os long complet de 6,2 mm de long et des vertèbres mesurant env. 1,5 × 1,5 × 2,0 mm. Vers l'extrémité du faisceau le plus éloigné de l'ouverture de la boîte semble être un crâne de lézard intact, avec la mandibule et les orbites visibles sur les coupes CT en vue de dessus (Fig. 4). La mandibule est d'env. 8,5 mm de large × 10,4 mm de long, et les orbites env. 1,8 mm de large × 3,1 mm de long. Bien qu'il ne soit pas possible d'identifier l'espèce de lézard à partir des données de tomographie neutronique en raison de la variabilité des tailles au sein des espèces, les tailles des os sont cohérentes avec les lézards du genre Mesalina, dont plusieurs espèces sont endémiques à l'Afrique du Nord33,34,35. La figure de lézard sur le dessus de la boîte votive est décorée de taches et de rayures sur toute la longueur du dos ; plusieurs espèces du genre Mesalina sont également tachetées et/ou rayées. Une micro-tomodensitométrie à rayons X de M. rubropunctata a été consultée sur le référentiel MorphoSource36, à des fins de comparaison avec les restes trouvés à l'intérieur de EA36167 ; les tailles des orbites, de la mandibule, de la vertèbre C1 et des os longs de ce spécimen sont données dans le tableau d'informations supplémentaires S1 et sont globalement similaires à celles mesurées à partir du scanner à neutrons de la boîte votive.

Le matériau à l'extrémité de la boîte la plus éloignée de l'ouverture peut être identifié comme étant du plomb en raison de sa faible atténuation des neutrons par rapport à la forte atténuation des rayons X signalée précédemment dans cette région9. D'après la forme du plomb et le fait qu'il entoure deux chapelets, on suppose que le plomb a été introduit dans la boîte à l'état fondu. Compte tenu du vide en tête, nous ne pouvons pas exclure que quelque chose se trouvait à l'origine à l'intérieur. Une petite zone de concrétion, possiblement argileuse/terre avec des inclusions minérales, est visible à l'intérieur du plomb, au contact du faisceau textile. Des régions de forte atténuation, dues à la corrosion, sont présentes dans le plomb aux extrémités opposées du vide (voir Informations supplémentaires Fig. S2). Une cause potentielle de cette corrosion est la matière animale en décomposition à proximité du plomb.

Des radiographies X et des tomodensitogrammes antérieurs de la boîte EA71428 ont découvert deux longs objets de haute densité, chacun couvrant la longueur de l'intérieur de la boîte ; la tomographie neutronique montre une faible atténuation de ces objets (0,2–0,4 cm−1), suggérant qu'ils sont en plomb (Fig. 5). L'objet supérieur en plomb (environ 179 mm de long, 13 mm de haut) s'insère à l'intérieur de la figure d'anguille sur la boîte, correspondant à sa forme sinueuse sur sa surface supérieure et s'étendant jusqu'à une base plate et large (Figs. 5b et 6). En raison de sa forme, on suppose que la pièce de plomb supérieure a été coulée dans la boîte à l'état fondu alors que la boîte était à l'envers, et qu'elle s'est ensuite détachée des parois internes de la boîte une fois solidifiée. Sur la face inférieure de la pièce de plomb supérieure, sur la majeure partie de sa longueur, se trouve une couche de corrosion qui pourrait provenir de la proximité de matières organiques en décomposition. Cette corrosion pénètre plus profondément dans le plomb où elle est en contact avec le plâtre et le bouchon textile, et en deux points plus loin dans la boîte, où elle semble s'être propagée dans le plomb à partir de petites zones distinctes en surface (Fig. 6c,d). L'objet en plomb inférieur est rectangulaire en coupe transversale (environ 166 × 13 × 5 mm) et à peu près plat sur sa longueur, appuyé à un angle contre la paroi interne de la boîte (Figs. 5b et 6e). Cet objet en plomb inférieur semble agir comme un support pour la tige, l'empêchant de tomber à la base de l'intérieur de la boîte.

EA71428 (a) Rayons X et (b) coupes CT neutroniques (vue latérale et vue de face). Coupes de vue de face prises à la position marquée par la ligne pointillée. Les images CT à neutrons sont moyennées sur deux plans adjacents (donnant une épaisseur de tranche de 0,110 mm), pour correspondre approximativement aux données CT à rayons X (épaisseur de tranche de 0,108 mm). Flèches pleines : morceaux de plomb (dans la vue latérale du scanner à neutrons, la flèche est centrée sur une région de corrosion profonde du plomb dans la pièce de plomb supérieure) ; flèches en pointillés : textile dans le bouchon ; flèche pointillée : fragments détachés. Les données du scanner à rayons X ont été acquises lors de l'étude précédente9.

EA71428 Rendus de volume CT de neutrons. (a) vue complète de la boîte ; (b)–(e) vues en coupe à différentes hauteurs (mesurées à partir de la base de la boîte) : (b) 24,0 mm, à travers la figure de l'anguille (flèche pleine : pièce de plomb supérieure à l'intérieur du creux) ; (c) 21,3 mm, à travers la paroi supérieure de la boîte (flèches pleines : corrosion du plomb, flèche en pointillé : réparation de la boîte, flèche en pointillé : chapelet) ; (d) 17,7 mm, à travers la base de la pièce de plomb supérieure (flèches pleines : corrosion du plomb) ; (e) 12,9 mm, traversant la boîte creuse (flèche pleine : pièce de plomb inférieure, flèche en pointillé : textile dans le bouchon, flèche en pointillé : fragments lâches).

Un bouchon contenant du textile plié est visible immédiatement à l'intérieur de l'ouverture carrée à l'arrière de la boîte (Figs. 5b et 6e). On pense que ce textile est entouré par le plâtre visible à l'extérieur de la boîte derrière la plaque métallique endommagée recouvrant l'ouverture. Une petite quantité de matériel fragmentaire (environ 23 × 23 × 13 mm) est visible à l'avant de la boîte (Fig. 5b). Les plus gros fragments montrent une forte atténuation des neutrons de 2,0 à 3,2 cm−1, bien supérieure à celle mesurée pour les os des autres boîtes. On ne sait pas ce que sont ces fragments, mais l'atténuation semble être trop forte pour provenir d'os minéralisé.

Les preuves de la fabrication de la boîte EA71428 observées en tomographie neutronique étayent les conclusions tirées dans l'étude précédente9 : la boîte et la partie anguille de la figure ont été coulées en creux ensemble ; le capuchon de cobra à tête couronnée humaine était moulé séparément et fixé à la boîte avec un petit support à l'arrière du capuchon de cobra. Ces fixations semblent avoir été réalisées par soudage par fusion (assemblage des pièces fondues entre elles, parfois à l'aide d'un alliage d'apport fondu de même composition que les pièces) ou par brasage dur (assemblage à l'aide d'un alliage fondu de température de fusion légèrement inférieure et d'un flux)37, car aucun matériau d'atténuation neutronique significativement différente n'est présent aux jonctions. Des signes de fonte à la cire perdue de la boîte sont mis en évidence par des chapelets de métal corrodé que l'on voit partout : trois dans les parois latérales, un dans la base, un dans le haut (traversant la figure de l'anguille). Deux chapelets détachés sont présents à l'intérieur de la boîte, supposés avoir été situés à l'origine près de l'ouverture de la boîte, respectivement dans la base et la paroi latérale. Neutron CT a révélé un trou rond rempli, env. 3,6 mm de diamètre, sur la boîte près d'un point où le corps de l'anguille rencontre le haut de la boîte (Fig. 6c). L'atténuation neutronique du matériau de remplissage dans ce trou est similaire à celle du plomb à l'intérieur de la boîte ; il est possible qu'il s'agisse d'une ancienne réparation d'un défaut qui s'est formé lors de la coulée.

La tomographie neutronique a fourni des preuves de la fabrication, du contenu et des ajouts ultérieurs à EA36151, la plus grande boîte votive étudiée pour ce travail. Entre la figure de l'anguille et le haut de la boîte, une faible limite est visible dans les données tomographiques (Fig. 7a). Cela indique que la boîte et la figurine ont été coulées séparément et plus tard assemblées, éventuellement à l'aide d'une soudure dure. Il y a 11 chapelets présents dans le reste de la boîte du processus de moulage : quatre dans chaque paroi latérale, à peu près régulièrement espacés sur la longueur de la boîte, et trois dans la base. Les coefficients d'atténuation des chapelets (1,3–2,0 cm−1) sont comparables à ceux des cinq autres boîtes examinées dans cette étude, et donc ils sont également supposés être du fer corrodé.

Le scanner à neutrons EA36151 coupe à travers (a) le centre, (b) la paroi gauche et (c) la paroi droite de la boîte (vue latérale), (d) le haut et (e) la base de la boîte (vue de dessus). Les images au microscope en médaillon en (a) montrent un matériau fortement atténuant dans la base de la boîte (grossissement 20 ×) et la couronne de la figure hybride (grossissement 50 ×). La flèche pleine en (b) indique une ancienne réparation de coulée apparente. Les flèches en pointillés en (c)–(e) indiquent des fissures dans les parois de la boîte, entourées de résine fortement atténuante provenant d'un ancien traitement de conservation au British Museum.

Un trou rempli d'env. Un diamètre de 3 mm est présent à la base de la boîte, là où un chapelet peut avoir été présent auparavant. D'après l'imagerie microscopique du matériau de remplissage, il semble être fait de cire, de résine ou de plâtre - ou d'un mélange contenant plusieurs composants (Fig. 7a). L'atténuation neutronique de cette charge (2,4–2,6 cm−1) est nettement supérieure à celle des 11 chapelets. L'imagerie microscopique et l'atténuation des neutrons mesurée (2,5–2,6 cm−1) du haut de la double couronne portée par la figure indiquent également que de la cire ou de la résine a été appliquée sur cette zone. Il est probable que ces deux ajouts à la boîte aient été faits après sa découverte.

Plusieurs zones de réparation de la boîte sont visibles sur les images CT neutron. Une réparation sur le côté gauche de la boîte semble avoir été effectuée lors du processus de fabrication d'origine, peut-être pour couvrir un trou qui s'est formé lors de la coulée (Fig. 7b). Une réparation plus importante, dans le coin avant droit de la boîte, fait partie d'un traitement de conservation entrepris au British Museum en 1977 : du Bondapaste (une résine de polyester) a été utilisé pour réparer une zone de corrosion et de fissuration dans ce coin38. La tomographie neutronique de ce coin (Fig. 7c – e) révèle des dommages dans les parois supérieure, droite et inférieure, et l'atténuation relativement élevée de la résine (1,4–2,0 cm−1) par rapport aux parois en alliage de cuivre (0,6–0,7 cm−1). Une image de rendu de volume CT neutronique avec microscopie mettant en évidence ce traitement de conservation est donnée dans les informations supplémentaires Fig. S3. Une région comprenant du plomb est présente à l'intérieur de la boîte, directement derrière la surface réparée. Le plomb contient plusieurs vides arrondis, jusqu'à 5,3 mm de large, et enveloppe deux des chapelets qui pénètrent à l'intérieur de la boîte, ce qui implique que le plomb a été versé dans la boîte à l'état fondu. Il est possible que le plomb ait été ajouté dans le cadre d'une réparation ancienne, pour apporter un soutien à cette zone de la boîte.

La boîte EA36151 contient également du matériel détaché et fragmenté (env. 60 × 35 × 22 mm). Il n'y a pas d'os complets qui pourraient être identifiés, bien que plusieurs fragments osseux potentiels soient présents. La présence supplémentaire d'objets hautement atténuants (1,0 à 1,6 cm−1) dans le matériau meuble pourrait indiquer un sol ou du sable contenant de l'eau ou des hydrates liés. D'autres images de coupe CT neutronique des fragments à l'intérieur de la boîte EA36151 sont données dans les informations supplémentaires Fig. S4.

Un résumé des résultats à l'intérieur des six boîtes votives de l'étude CT à neutrons est donné dans le tableau d'informations supplémentaires S2. Des chapelets corrodés ont été trouvés dans chaque boîte, comme résumé dans les informations supplémentaires Fig. S5.

Les régions de plomb trouvées dans trois des boîtes ont été segmentées et leurs volumes calculés. Les masses de plomb dans les boîtes EA36167, EA71428 et EA36151 ont été calculées à 54 ± 3 g, 338 ± 15 g et 351 ± 14 g, respectivement, en utilisant une densité supposée pour le plomb de 11,3 g cm−3 (plus de détails dans le tableau d'informations supplémentaires S3) ; ces valeurs sont probablement légèrement surestimées en raison de la présence de corrosion du plomb.

Dans ce travail, la tomographie neutronique a été utilisée pour étudier de manière non invasive le contenu de six boîtes votives en alliages de cuivre de l'Égypte ancienne afin de rechercher la présence de restes de faune et de comprendre la fabrication des conteneurs, en s'appuyant sur une précédente étude d'imagerie par rayons X. De plus, des neutrons ont été utilisés pour identifier comme plomb le matériau dense présent à l'intérieur de trois des six boîtes, comme observé précédemment avec les rayons X. Il était difficile d'isoler et d'identifier les restes d'animaux dans les boîtes en raison de la complexité de l'assemblage interne et de l'atténuation neutronique comparable des matériaux en vrac, textile et plâtre également présents. Néanmoins, des os ont été observés dans trois des six boîtes votives étudiées (EA27584, EA49146 et EA36167), avec d'éventuels os brisés également présents dans les deux plus grandes boîtes (EA71428 et EA36151). La plupart des os sont dans un état fragmentaire, cependant des os longs complets ont été observés dans les boîtes EA27584 et EA36167. Les images CT à neutrons ont également révélé un crâne de lézard apparemment intact à l'intérieur de la boîte EA36167. Les dimensions de ce crâne et le style de la figure de lézard dans le moulage au sommet de la boîte sont similaires à ceux des lézards du genre Mesalina ; cependant, la variabilité des tailles de squelette entre les espèces / l'âge des lézards rend difficile la détermination de l'espèce à partir du scanner neutronique. Les crânes dans les boîtes restantes n'ont pas été identifiés, et on suppose qu'ils se sont décomposés au fil du temps ou qu'ils n'étaient pas initialement présents. Des fragments de textile ont été observés à l'intérieur des trois boîtes dans lesquelles des ossements d'animaux étaient également présents, suggérant que les animaux étaient enveloppés avant d'être placés à l'intérieur des boîtes.

Dans les boîtes EA36167, EA71428 et EA36151 se trouvent des quantités importantes de plomb. Étant donné que le plomb a un point de fusion beaucoup plus bas que le cuivre et ses alliages, le plomb doit avoir été placé à l'intérieur des boîtes après leur coulée. La forme et la distribution du plomb dans les boîtes EA36167 et EA36151 indiquent que le plomb était fondu lorsqu'il a été introduit dans la boîte, alors que la longue pièce inférieure rectangulaire dans EA71428 était probablement solide lorsqu'elle a été insérée. La pièce de plomb supérieure dans EA71428 est probablement le résultat du plomb fondu versé dans la boîte alors qu'elle était inversée, car sa forme suit de près celle du vide à l'intérieur de la figure d'anguille surmontant la boîte. Dans l'Égypte ancienne, le plomb avait un statut magique et était un matériau de choix dans la fabrication de charmes d'amour, dans les rituels d'exécration des ennemis ou, particulièrement intéressant dans notre cas, dans la protection des momies39. Les plaques d'incision en œil d'Horus appliquées sur l'incision par l'embaumeur pourraient être en plomb, bien que d'autres matériaux soient attestés. Un noyau de plomb a également été découvert précédemment à l'intérieur d'une figure de faucon en bronze de Saqqarah40. Il semble que seule une petite gamme de figures divines égyptiennes ou d'objets sacrés aient été régulièrement fabriqués en plomb, peut-être en raison des connotations symboliques de ce matériau plutôt que de son faible coût économique (voir les figures en plomb de Nefertum et des divinités enfantines, ainsi que les modèles de la barge processionnelle osirienne en plomb de Thonis-Heracleion41). La tomographie neutronique de la boîte EA71428 n'a révélé aucune inscription sur les surfaces des pièces de plomb. Il est plausible que l'ajout du plomb ait également pu être motivé par des utilisations pratiques, telles que l'abaissement du centre de masse de boîtes avec de grandes figures métalliques solides à une extrémité, ou la fourniture d'un soutien supplémentaire aux zones faibles ou endommagées, comme cela peut être le cas dans EA36151. De telles explications paraîtraient cependant moins valables pour EA36167.

Sur les six boîtes étudiées dans ce travail, il y a des boucles de suspension sur les trois boîtes sans plomb à l'intérieur, et du plomb est présent dans chacune des trois boîtes sans boucles. On suppose que les boîtes comportant des boucles auraient été suspendues aux murs des sanctuaires ou des temples, des statues de culte ou des bateaux sacrés utilisés en procession, plutôt que placées sur une surface. L'imagerie neutronique révèle également une corrosion à la surface du plomb dans les boîtiers EA36167 et EA71428. L'atténuation des neutrons plus élevée observée dans les régions de corrosion suggère la présence de produits de corrosion contenant de l'hydrogène, peut-être un résultat du contact du plomb avec l'air et des restes d'animaux en décomposition, et le bouchon de plâtre dans le cas de la boîte EA71428.

La preuve de l'utilisation de la fonte à la cire perdue dans la fabrication des boîtes votives est visible dans la présence de plusieurs chapelets dans chaque boîte. La forte atténuation neutronique des chapelets indique qu'ils contiennent des produits de corrosion porteurs d'hydrogène ; il est proposé d'utiliser des chapelets de fer, car il s'agit d'un matériau moins résistant à la corrosion que les alliages de cuivre. Le nombre de chapelets présents dans chaque boîte est à peu près proportionnel aux dimensions de la boîte, car ils étaient destinés à assurer la stabilité structurelle des matériaux de base à l'intérieur du moule après la fonte et le retrait de la cire. Le matériau de base reste à l'intérieur de la boîte EA27584, avec les chapelets intégrés à l'intérieur. Dans la plupart des cas, les animaux représentés au-dessus des boîtes semblent avoir été moulés avec la boîte. Les plus grandes boîtes (EA36151 et EA71428) ont des caractéristiques suggérant qu'une partie ou l'animal entier a été soudé ou soudé par fusion à la surface supérieure de la boîte. La variété des techniques utilisées pour fabriquer les boîtes, ainsi que la variété de leurs dimensions, suggèrent qu'il n'existait pas de méthode de production standardisée, bien que des techniques de fabrication comparables semblent avoir été utilisées pour les boîtes de petite taille.

Dans ce travail, nous montrons que la tomodensitométrie neutronique est une technique alternative ou complémentaire efficace à la tomodensitométrie par rayons X pour l'examen non destructif des anciennes boîtes votives égyptiennes en alliage de cuivre, compte tenu de leur teneur souvent élevée en plomb et de la présence de plomb et/ou de matière organique contenue à l'intérieur. Alors que la présence de plomb créait des stries et des artefacts de reconstruction de durcissement du faisceau dans le CT9 aux rayons X, l'utilisation de neutrons nous a permis de desceller virtuellement les boîtes votives et de révéler leur contenu organique/à faible densité, y compris les restes de faune et les emballages textiles. La tomodensitométrie neutronique a également révélé des réparations et des dommages au boîtier EA36151 qui n'ont pas été détectés par la tomodensitométrie à rayons X, en raison de la proximité du plomb avec la zone endommagée, et de la faible densité, mais des ajouts ultérieurs fortement atténuateurs de neutrons dans de la cire ou de la résine. Dans la boîte EA36167, la région de plomb masquait les restes d'animaux et les emballages sur le scanner aux rayons X qui ont ensuite été révélés avec des neutrons dans ce travail.

Ce travail fournit une preuve supplémentaire de l'utilisation de boîtes votives en alliage de cuivre dans l'Égypte ancienne, montrant que les restes d'animaux étaient enveloppés dans du lin et placés à l'intérieur des boîtes avant qu'elles ne soient scellées, et que les figures d'animaux moulées sur les boîtes étaient potentiellement destinées à correspondre aux restes à l'intérieur.

La tomographie neutronique des boîtes votives a été réalisée sur la ligne de lumière IMAT à la source de neutrons et de muons pulsés ISIS (Rutherford Appleton Laboratory, Royaume-Uni). IMAT est un instrument à neutrons froids qui capture des images d'objets en fonction de leur atténuation des neutrons42,43,44. Le processus de tomographie sur IMAT est similaire à celui des scanners à rayons X et à rayonnement synchrotron en laboratoire : une série de radiographies est acquise tout au long d'une rotation pas à pas autour de l'axe vertical. Ces projections sont utilisées pour créer une reconstruction volumétrique de l'objet45 dans laquelle chaque voxel décrit le coefficient local d'atténuation des neutrons sous la forme d'une valeur en niveaux de gris.

Pour notre configuration, nous avons utilisé une taille de trou d'épingle de 40 mm avec une distance entre le trou d'épingle et l'échantillon de 10 m, ce qui donne une meilleure résolution réalisable d'environ 100 μm. Les boîtes votives étaient montées avec leur axe le plus long aligné verticalement. Cette configuration a permis aux boîtiers d'être positionnés aussi près que possible du détecteur, minimisant le flou de l'image et les variations de la longueur du trajet du faisceau à travers le boîtier pendant le balayage. Les supports étaient en aluminium, avec du ruban téflon utilisé pour protéger la surface des boîtes. Ces deux matériaux ont de faibles coefficients d'atténuation des neutrons.

Les images de projection ont été acquises à l'aide d'une caméra ANDOR Zyla sCMOS 4.2 PLUS (2048 × 2048 pixels) couplée à une lentille optique et à une feuille de scintillateur ZnS/LiF de 100 µm d'épaisseur. Un temps d'acquisition de 30 s par projection a été choisi pour chaque scan, comme compromis entre l'amélioration des statistiques de comptage et le temps total disponible pour l'expérience. Chaque boîte a été tournée à 360° pendant le scan. Le nombre de projections a été sélectionné pour chaque boîte sur la base du théorème de Nyquist-Shannon, c'est-à-dire S(π/2), où S est le nombre de pixels horizontaux couverts par la boîte à sa largeur maximale tout au long du balayage. Les paramètres de numérisation utilisés pour chaque boîte votive sont indiqués dans le tableau d'informations supplémentaires S4.

Des images en champ plat (éclairage du détecteur avec l'échantillon en dehors du champ de vision) et en champ sombre (avec l'obturateur de faisceau fermé) ont été acquises pour chaque balayage et utilisées pour corriger les projections d'inhomogénéité dans l'intensité du faisceau de neutrons, la réponse des pixels du détecteur et le bruit de la caméra. Les projections ont été corrigées à l'aide de la distribution Fidji du progiciel ImageJ46. Les points lumineux sur les projections dus aux interactions gamma à haute énergie ont été supprimés à l'aide de la fonction "supprimer les valeurs aberrantes" à Fidji.

La reconstruction CT a été effectuée dans le progiciel Octopus Reconstruction47, en utilisant un algorithme de rétroprojection à faisceau parallèle filtré48. En raison de la plus grande taille des boîtes EA71428 et EA36151, elles ont été numérisées en deux sections verticales se chevauchant ; les volumes reconstruits résultants ont ensuite été assemblés à l'aide du plugin "Pairwise Stitching" à Fidji49. La segmentation et le rendu en volume des ensembles de données tomographiques ont été effectués à l'aide de VGStudio MAX 3.3 (Volume Graphics GmbH, Allemagne). Des images de projection d'intensité maximale (MIP), c'est-à-dire des visualisations bidimensionnelles des voxels les plus atténuants sur plusieurs tranches tomographiques, ont été utilisées dans cet article pour mettre en évidence les caractéristiques tridimensionnelles dans les boîtes, y compris les textiles et la corrosion des métaux. Les images MIP ont été réalisées à l'aide de la fonction "Z Project" à Fidji. Les volumes de morceaux de plomb segmentés ont été calculés à l'aide du plugin "Voxel Counter" aux Fidji.

De plus, la microscopie de détails spécifiques mis en évidence à partir de l'investigation par imagerie a été réalisée avec un microscope numérique VHX-5000 (Keyence, Japon), fonctionnant en mode lumière réfléchissante, sans filtres.

Les données brutes de neutron CT générées pour ce travail peuvent être téléchargées à partir du référentiel STFC ISIS Neutron and Muon Source : https://doi.org/10.5286/ISIS.E.RB1910562. Les volumes CT reconstruits peuvent être téléchargés à partir du Harvard Dataverse : https://doi.org/10.7910/DVN/RGF7BH. Les coefficients d'atténuation des neutrons mesurés pour les différentes régions et matériaux présents dans chaque boîte sont indiqués dans le tableau d'informations supplémentaires S5.

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Les auteurs tiennent à remercier Caroline Cartwright pour des discussions utiles sur les textiles égyptiens anciens, Paul Craddock, Jack Ogden, Duygu Camurcuoglu et Rachel Weatherall pour des discussions sur la fabrication et la réparation de boîtes votives, et Aude Mongiatti pour des discussions sur la métallurgie et des commentaires sur le manuscrit. L'expérience à la source de neutrons et de muons pulsés ISIS (numéro d'expérience : RB1910562) a été soutenue par une allocation de temps de faisceau du Conseil des installations scientifiques et technologiques.

Département de la recherche scientifique, The British Museum, Great Russell Street, Londres, WC1B 3DG, Royaume-Uni

Daniel O'Flynn et Laura Perucchetti

Conseil des installations scientifiques et technologiques (STFC), ISIS Neutron and Muon Source, Didcot, OX11 0QX, Royaume-Uni

Anna Fedrigo

Département de Grèce et de Rome, The British Museum, Great Russell Street, Londres, WC1B 3DG, Royaume-Uni

Aurélia Masson-Berghoff

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DO, LP et AM-B. conçu le projet de recherche. DO, AF et LP ont mené les expériences de tomographie neutronique. Tous les auteurs ont interprété les données de tomographie. AM-B. fournit un contexte égyptologique. LP a fourni des interprétations métallurgiques. DO et AF ont réalisé la visualisation des neutrons. DO a préparé le brouillon original du manuscrit. Tous les auteurs ont révisé et édité le manuscrit.

Correspondance à Daniel O'Flynn.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

O'Flynn, D., Fedrigo, A., Perucchetti, L. et al. Tomographie neutronique de cercueils d'animaux scellés en alliage de cuivre de l'Égypte ancienne. Sci Rep 13, 4582 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30468-4

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Reçu : 06 octobre 2022

Accepté : 23 février 2023

Publié: 20 avril 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-30468-4

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