Reflets de la Physique n°63 oct/nov/déc 2019
Reflets de la Physique n°63 oct/nov/déc 2019
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°63 de oct/nov/déc 2019

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 68

  • Taille du fichier PDF : 7,6 Mo

  • Dans ce numéro : physique et matérieux anciens.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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La physique de l’archéo magnétisme, basée sur la mesure des aimantations thermorémanentes et sur l’étude du champ magnétique terrestre dans le passé, permet de dater les terres cuites archéologiques restées en place depuis leur dernière cuisson, mais aussi celles qui ont été déplacées depuis leur lieu de fabrication jusqu’au lieu de la construction. La datation de monuments du haut Moyen Âge a permis de nouvelles interprétations des mesures d’aimantation effectuées sur les briques mises en œuvre dans les maçonneries. Ces avancées récentes sont illustrées ici dans le cas de la tour-clocher de la collégiale Saint‐Martin à Angers. 54 Reflets de la Physique n°63 Physique de l’archéomagnétisme pour la datation de bâtiments du haut Moyen Âge Philippe Lanos (philippe.lanos@univ-rennes1.fr) Institut de recherche sur les archéomatériaux (IRAMAT-CRP2A, UMR CNRS 5060, Université Bordeaux-Montaigne) et Université Rennes 1 CRP2A, Maison de l’archéologie, Esplanade des Antilles, 33607 Pessac Cedex Principe de l’archéomagnétisme L’archéomagnétisme (AM) est une méthode de datation fondée sur l’enregistrement des variations du champ magnétique terrestre (CMT) par les terres cuites archéologiques (fours, foyers, tuiles, briques, céramiques) [1]. Au cours du refroidissement consécutif à un chauffage à une température supérieure à la température de Curie des grains magnétiques présents dans l’argile (typiquement 700°C), la terre cuite enregistre le CMT sous la forme d’une aimantation, dite thermorémanente (ATR), portée par ces grains. Cette ATR a la propriété d’être acquise parallèlement et proportionnellement au CMT ambiant. Sa mesure au laboratoire permet de remonter à la direction et à l’intensité du champ ancien qui l’a généré. À la surface du globe, le vecteur CMT est caractérisé par trois composantes  : l’inclinaison I, la déclinaison D (mesurées en degrés), et l’intensité F (mesurée en microteslas  : µT). L’inclinaison I est l’angle du vecteur par rapport au plan horizontal local. La déclinaison D est l’angle entre le Nord géographique et la projection sur le plan horizontal du vecteur CMT, dont la direction indique le Nord magnétique. Ces trois paramètres varient dans l’espace et dans le temps à différentes échelles. Les variations lentes, à l’échelle de la décennie, du siècle et du millénaire, sont appelées « variations séculaires » et sont dues au noyau externe liquide et riche en fer de la Terre (voir encadré 1, p.55). La variation passée du CMT peut être déterminée indirectement par l’analyse des ATR enregistrées par les terres cuites archéologiques et les roches restées en place depuis leur dernière cuisson. La capacité d’une terre cuite à acquérir une ATR en présence d’un champ magnétique est due à la présence de minéraux ferro ou ferrimagnétiques (par exemple, la magnétite Fe 3 O 4 ou l’hématite Fe 2 O 3, de températures de Curie respectivement égales à 580°C et 675°C), dispersés sous forme de grains fins dans la matrice argileuse. Les principes de cette acquisition ont été décrits par Louis Néel en 1955. L’ATR de la terre cuite est égale à la somme vectorielle des moments magnétiques rémanents des grains ferromagnétiques. En présence d’un champ magnétique de faible intensité (< 100 µT), cette ATR est parallèle et proportionnelle au CMT ambiant et constitue ainsi un enregistrement très stable au cours du temps (sur des millions d’années !) du CMT au moment du dernier refroidissement de la terre cuite. L’étude de structures de référence datées par des méthodes indépendantes
Variations du champ magnétique terrestre } Mbzt (licence Creative Commons Attribution) La collégiale Saint-Martin à Angers. Encadré 1 Les premières observations du champ magnétique terrestre (CMT) datent de l’Antiquité, et la boussole apparait en Chine dès le 1er siècle de notre ère. L’hypothèse la plus simple pour expliquer le CMT, émise par Gilbert au 17 e siècle, est d’assimiler le globe terrestre à un aimant permanent. Gellibrand observe en 1634 que la déclinaison magnétique varie dans le temps. C’est la première observation de la variation séculaire. Halley propose alors que le globe terrestre est une combinaison de plusieurs aimants en mouvement relatif les uns par rapport aux autres. En 1838, Gauss donne la première décomposition mathématique du CMT en harmoniques sphériques et conclut qu’il est principalement dipolaire et d’origine interne. La découverte du point de Curie en 1895 démontre qu’au-dessus d’une certaine température, les matériaux sont désaimantés. La Terre possédant une chaleur centrale très importante, son centre ne peut pas être aimanté. Avec les avancées de la sismologie et la mise en évidence par Jeffreys, en 1926, que le noyau externe est liquide et métallique (il est composé principalement de fer), Elsasser propose en 1940 la théorie de la dynamo terrestre, ou géodynamo. Des questions restent en suspens concernant l’entretien de cette géodynamo. Une des hypothèses aujourd’hui est que la cristallisation du noyau solide interne (la « graine ») génère des courants de convection dans le noyau liquide, et que ces mouvements sont responsables de la dynamo terrestre. Mais on a encore une idée imparfaite de la géométrie de ces mouvements et de leur évolution dans le temps, ainsi que de l’origine et de la fréquence des inversions du champ magnétique. Les géomagnéticiens ont développé trois approches pour comprendre les mouvements du fluide dans le noyau. La première repose sur l’étude de la variation spatiale et temporelle du CMT. Une seconde approche consiste à simuler numériquement l’écoulement du noyau et le champ magnétique engendré ; mais la difficulté reste dans l’ajustement des paramètres physiques. La troisième approche consiste à restituer les variations du CMT dans le passé à partir de l’étude de l’aimantation des roches (paléomagnétisme) et des terres cuites (archéomagnétisme). Explorer le terrain (histoire, archéologie, radiocarbone, luminescence, etc., voir encadré 2 p.56) permet de construire des courbes de référence de variation séculaire de la direction (inclinaison, déclinaison) et de l’intensité du CMT en un lieu fixé (Paris pour la France). Ces courbes ne sont valables que dans une zone géographique réduite (1000 km de rayon au maximum), en raison de la variation spatiale du champ géomagnétique autour de sa forme dipolaire. Une fois établies, ces courbes peuvent servir à dater d’autres structures archéologiques dans la même aire géographique. Une méthode pour retrouver l’inclinaison du champ magnétique terrestre sur les terres cuites architecturales déplacées après leur cuisson Les travaux de recherche menés à Rennes dans les années 1980-90 ont permis d’étendre l’archéomagnétisme à la datation des terres cuites architecturales (TCA) grâce à la détermination de l’inclinaison, ceci malgré le fait que ces matériaux ont été bougés depuis leur dernière cuisson [2, 3, 4]. Nous » > a Reflets de la Physique n°63 55



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