Vue des ruines du complexe du moulin de Barbegal en 2018. Crédit : Robert Fabre
Des chercheurs de l'Université Johannes Gutenberg ont décrypté l'histoire du complexe de moulins romains de Barbegal, en France, à partir de gisements de carbonate de calcium du site. Ces découvertes révèlent la vie opérationnelle des moulins et les adaptations nécessaires à la gestion de l'eau au fil du temps, offrant un aperçu rare de l'ingénierie industrielle antique.
Les archéologues sont confrontés à un défi de taille lorsqu'ils étudient des bâtiments dont il ne reste que des ruines. C'était particulièrement le cas pour les vestiges des moulins à eau romains de Barbegal, dans le sud de la France, datant du IIe siècle de notre ère. Ce complexe industriel unique était composé de 16 roues hydrauliques disposées en rangées parallèles, huit à l'est et huit à l'ouest, qui fonctionnaient selon un arrangement en cascade.
Jusqu'à présent, on ne disposait que de peu d'informations sur le site, si ce n'est que les roues étaient alimentées par un aqueduc qui amenait l'eau des collines environnantes. La découverte d'une pièce de monnaie frappée sous le règne de l'empereur Trajan dans un bassin au-dessus du complexe du moulin, ainsi que les caractéristiques structurelles du site, suggèrent que le moulin a été utilisé pendant environ 100 ans. Cependant, le type de roues du moulin, leur fonction et la manière dont elles étaient utilisées sont restés jusqu'à présent un mystère.
Fragment de carbonate provenant des moulins de Barbegal, formé sur le bois des machines du moulin, avec des empreintes de bois et des traces de travail du bois. Crédit : Philippe Leveau
Enquête historique par la géoarchéologie
Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université Johannes Gutenberg a permis de découvrir l'histoire du complexe de moulins à l'aide de dépôts de carbonate de calcium aujourd'hui conservés au Musée archéologique d'Arles. Dans leur étude, récemment publiée dans Géoarchéologieles chercheurs ont découvert que ces dépôts s'étaient formés vers la fin de la vie opérationnelle d'environ 100 ans des moulins à eau de Barbegal sur les côtés et la base du système d'alimentation en bois qui transportait l'eau jusqu'aux roues.
« Nous montrons qu’il est possible de reconstituer en grande partie l’histoire d’un moulin à eau à partir de tels dépôts de carbonate », explique le professeur Cees W. Passchier de l’Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU), responsable de l’équipe de la JGU. Les chercheurs ont d’abord dû assembler certaines des 140 pièces stockées comme un puzzle, puis ont analysé les couches à l’aide de diverses techniques, dont la spectrométrie de masse.
Croquis du complexe du moulin de Barbegal avec trois bassins d'eau avec des roues de moulin et des canaux d'eau. Les bassins inférieurs avaient probablement des canaux en forme de coude. Crédit : Cees Passchier
Informations sur les gisements de carbonate
« Nous avons pu montrer par exemple que les roues hydrauliques et les canaux en bois devaient être remplacés au bout de trois à huit ans. Dans au moins un cas, une vieille roue hydraulique a été remplacée par une plus grande », explique Passchier. Les chercheurs ont tiré cette conclusion de la forme inhabituelle des dépôts de carbonate qui s’étaient formés dans le canal d’eau. Alors que les couches inférieures et antérieures indiquent que le niveau de l’eau devait être relativement bas à l’origine, les couches supérieures et ultérieures de carbonate indiquent un niveau d’eau plus élevé.
Les chercheurs ont rejeté l'hypothèse selon laquelle le débit d'eau du canal était initialement plus faible et qu'il aurait ensuite été augmenté. Ils ont constaté que, dans un canal en pente douce et avec un niveau d'eau bas, la quantité d'eau fournie n'aurait pas été suffisante pour faire fonctionner une roue de moulin. L'inclinaison du canal a donc dû être modifiée, passant d'un angle plus prononcé avec un niveau d'eau bas à une pente plus douce transportant l'eau à un niveau plus élevé.
Fragment de carbonate creux provenant des moulins de Barbegal, peut-être d'un rayon de la roue en bois du moulin. Crédit : Philippe Leveau
« La structure entière de ce moulin à eau a dû être modifiée », explique Passchier. « Si on soulève seulement le canal d’eau, l’eau a tendance à éclabousser, ce qui fait perdre à la roue sa puissance d’entraînement. Ainsi, lorsqu’on soulève le canal d’eau, il faut aussi une roue à eau plus grande. » En fait, une section de dépôt de carbonate formée sur la roue à eau corrobore cette conclusion, car elle ne contient pas toutes les couches de carbonate, mais seulement celles des dernières années d’exploitation.
Dynamique opérationnelle et modèles saisonniers
Grâce à l'analyse isotopique des couches de carbonate, les chercheurs ont même pu déterminer les périodes de fonctionnement avant lesquelles les parties du moulin devaient être renouvelées. Le carbonate contient de l'oxygène et les rapports relatifs des isotopes d'oxygène diffèrent en fonction de la température de l'eau. En se basant sur la composition isotopique des couches de carbonate, les chercheurs ont pu déduire les températures de l'eau et ainsi identifier les saisons au cours desquelles les couches se sont déposées. Ils en ont conclu que le carbonate des échantillons du Musée archéologique d'Arles s'était déposé dans les canaux d'eau sur une période de sept à huit ans.
« La couche carbonatée la plus récente, et donc la plus haute, contient des coquilles de mollusques et des fragments de bois, ce qui indique que le moulin devait être abandonné à cette époque et qu'il était en train de se désagréger. L'eau a continué à couler pendant un certain temps, ce qui a entraîné la formation de dépôts de carbonate, mais l'entretien des canaux d'eau a cessé », a déclaré Passchier.
Exploitation autonome des moulins à eau
Les chercheurs ont pu répondre à une autre question. On ne savait pas jusqu’à présent si les moulins étaient exploités en combinaison par un seul opérateur ou si les 16 roues hydrauliques étaient utilisées indépendamment les unes des autres. D’après les couches des trois canaux d’eau étudiés, qui sont clairement différentes les unes des autres, les moulins étaient exploités séparément – du moins vers la fin de leur durée de vie. De plus, le côté ouest du complexe a été abandonné plus tôt que le côté est. Enfin, de longs morceaux de carbonate provenant des canaux d’eau ont été utilisés plus tard comme cloisons dans un bassin d’eau pour d’autres usages industriels après l’abandon des moulins.
