Les Datations : Thermoluminescence

Nicolas Prudhomme 25 février 2017 Commentaires fermés sur Les Datations : Thermoluminescence
Les Datations : Thermoluminescence

Chacun sait combien la céramique d’argile cuite, surtout si sa forme ou les décors qu’elle porte sont caractéristiques, est une aide précieuse pour l’archéologue lors des fouilles. Mais c’est oublier que certains des cristaux (surtout le quartz) inclus dans sa pâte portent de plus en eux des informations quant à sa date de cuisson. Deux phénomènes entrent en jeu :

– d’une part, un stockage d’énergie dans le cristal au cours du temps (on parle de piégeage sous forme d’états excités) et sa possible restitution sous forme lumineuse par simple chauffage,

– d’autre part l’action des rayonnements internes, résultant des mutations naturelles des radioéléments omniprésents dans l’environnement des tessons enfouis (238U, 232Th, 40K principalement), qui fournissent cette énergie stockée. L’action du rayonnement cosmique vient s’y ajouter.

CONTENU GAUCHE

d

Le chauffage initial de la céramique lors de sa cuisson (entre 700°C et 1000°C) provoque un vidage des pièges (remise à zéro de l’énergie stockée), puis durant l’enfouissement archéologique, le stockage d’une nouvelle quantité d’énergie, proportionnelle à la durée d’irradiation, se produit, quantité qu’un vidage contrôlé en laboratoire permet de mesurer sous forme d’énergie lumineuse émise.

La comparaison de cette quantité (dose archéologique DA) avec la dose annuelle Da calculée à partir de la connaissance des concentrations de radioéléments autour de l’échantillon permet de remonter à l’âge de la dernière chauffe (la fabrication de la céramique dans la plupart des cas, mais parfois perturbée lors d’un éventuel usage culinaire ou d’un incendie). C’est la datation par thermoluminescence. Le rayonnement actif est constitué de rayons alpha (He), béta (électrons) et gamma(électromagnétiques).Les rayons alpha ont un parcours limité (quelques microns) et leur contribution provient essentiellement de la pâte elle-même et peu de l’environnement. Leur efficacité (k=0,14) dans le remplissage des pièges est limitée.

La dose Dalpha qui correspond peut être retrouvée à l’aide de dosages par activation neutronique de U et Th.Le rayonnement béta (énergie entre 0,2 et 2 MeV) a un pouvoir de pénétration qui n’excède pas 2mm. La sélection de gros grains dont on élimine la couche externe permet de ne tenir compte que de l’action interne du grain seul. La dose Dbéta peut être mesurée par dosimétrie béta ou par analyse des radioéléments présents.Le rayonnement gamma provenant des radioéléments qui existent dans une sphère de 20 à 30 cm autour de l’échantillon, on préfére pour la détermination de la dose Dgamma la pose in-situ durant 1 an d’un dosimètre gammaà l’emplacement occupé initialement par l’échantillon.

Des tables permettent de déterminer la dose annuelle (Da) à partir de ses différentes composantes (en tenant compte des facteurs d’efficacité de chacun des rayonnements). Pour la détermination de la dose archéologique DA, il faut chauffer de façon contrôlée l’échantillon et mesurer la quantité d’énergie lumineuse émise à l’aide d’un photomultiplicateur puis recommencer le même cycle de mesures après irradiation par une dose de rayonnement connue (source étalonnée).

Mais de nombreuses variantes de la méthode existent selon qu’il y ait sélection ou non des grains (selon leur taille), par dosimétrie directe ou par analyse des concentrations en radioisotopes, par prise en compte ou non du degré d’humidité des échantillons, etc…Elles permettent également d’éliminer certains effets parasites (supralinéarité, effet des émissions thermiques de l’appareillage, etc…).

Les précisions annoncées sont finalement de l’ordre de 4 à 5% (± 100ans au début de notre ère) et la portée maximale de la méthode se situe au-delà de 100.000 ans.


 

 

Archeologie, Patrimoine, Culture et Civilisation, Médiation et Valorisation du Patrimoine, Techniques de l Archeologie en Europe