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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a o o c M X X Z Z M Y Y M Z Z X 56 Reflets de la Physique n°63 Δ U N.M. Δ U Nord N.M. magnétique Y à plat debout de chant I Y plat debout de chant U I U M ATR ATR ATR ATR ATR ATR ATR Intervalle de variation Intervalle de variation de l’inclinaison du CMT de l’inclinaison du CMT b o d o Inclinaison Datations par radiocarbone et par thermoluminescence Déviation 1. Analyse de l’aimantation d’un ensemble de briques cuites. (a) Définition des angles inclinaison (I) et déviation (∆) sur une tuile (ou brique) cuite sur tranche en position verticale. (b) Test sur l’inclinaison permettant de restituer la position de cuisson (à plat, debout ou de chant) d’une brique dans l’hypothèse d’un chargement dans le four impliquant un axe z selon la verticale. (c) Schéma simplifié du mode de rangement des briques dans un four gallo-romain ou médiéval. (d) Stéréogramme représentant l’inclinaison et la déviation des aimantations mesurées sur un ensemble de 106 briques médiévales cuites sur tranche en rangées perpendiculaires, provenant d’une fouille réalisée à Thérouanne (Pas-de-Calais) par H. Barbé, en 1993. La dispersion provient essentiellement des irrégularités du chargement. L’écart entre les déviations moyennes des deux groupes est proche de 90°, ce qui est une traduction directe du mode de rangement dans le four. C’est l’inclinaison moyenne déduite de ces deux groupes qui permet la datation (1315 ± 20 apr. J.-C.). Encadré 2 La datation par radiocarbone consiste à mesurer le taux résiduel de l’isotope radioactif 14 C dans un organisme mort (si l’on considère une matière organique conservée sans échange avec l’environnement). Ce taux décroit au cours du temps selon une équation d’âge régie par la loi de désintégration radioactive du 14 C (qui se transmute en 14 N par radioactivité bêta). Pour un taux résiduel mesuré, il est donc possible de déterminer le temps écoulé depuis la mort. On obtient ainsi un âge exprimé par rapport à l’année de référence 1950 (notée BP pour Before Present). La précision obtenue sur l’âge est de l’ordre de quelques pourcents. La datation par thermoluminescence (voir l’article de P.Guibert, p.8) repose sur la propriété de certains minéraux (quartz, feldspath, silex...) de stocker l’énergie provenant de la radioactivité naturelle (principalement des isotopes 238 U, 232 Th et 40 K) et de la restituer sous forme de lumière lorsqu’on les chauffe. a) Les radioéléments, à l’état de traces, se désintègrent naturellement en émettant des rayonnements alpha (noyaux d’hélium), bêta (électrons) et gamma (ondes électromagnétiques de très courte longueur d’onde). Les rayons alpha ont une portée de 12 à 45 µm, les rayons bêta de 1 à 2 cm et les rayons gamma de 20 à 30 cm. b) Ces rayonnements excitent et déplacent les électrons des minéraux. Ceux-ci se piègent alors dans des sites cristallins jusqu’à ce qu’un apport d’énergie vienne les en libérer. Le nombre d’électrons piégés, et par suite l’intensité de la lumière émise pendant le chauffage, sont d’autant plus grands que la quantité de rayonnement radioactif a été plus importante, donc le temps d’irradiation plus long. Pour un taux d’irradiation donné, le nombre d’électrons piégés sera proportionnel au temps écoulé depuis le début du processus. Une chauffe progressive à haute température, en laboratoire, provoque une émission de thermoluminescence (TL) qui est proportionnelle à l’énergie reçue par le minéral depuis la remise à zéro (chauffe archéologique). Ainsi, depuis sa cuisson, le minéral (quartz, feldspath...) reçoit une certaine dose d’énergie  : c’est la dose archéologique (DA) qui est déterminée au laboratoire par mesure des émissions lumineuses. L’âge de l’échantillon, c’est-à-dire le temps écoulé depuis le dernier chauffage qui a vidé les pièges (la cuisson d’une brique par exemple), est donné par le rapport entre la dose archéologique DA et la dose annuelle (aussi appelée débit de dose), mesurée par exemple sur le terrain à l’aide d’un dosimètre. La précision obtenue varie entre 5 et 10% de l’âge. r
b a D 2. Tour-clocher de la collégiale Saint-Martin à Angers. (a) Schéma de prélèvement des échantillons sur la tour pour datation par archéomagnétime, radiocarbone et thermoluminescence. (b) Carottage des briques sur l’arc sud pour la datation par archéomagnétisme. » > avons pu montrer que les briques et tuiles étaient, le plus souvent, cuites en position sur tranche (de chant ou debout) dans des fours à soles horizontales, selon des rangées généralement croisées (fig. 1c) afin de stabiliser le chargement en hauteur dans le laboratoire du four. Sur chaque TCA, on carotte un spécimen de mesure dans un repère lié aux axes de symétrie x, y et z de l’objet (fig. 1a). Notons que la déclinaison ne peut pas être déduite de ce type de prélèvement, car il n’est plus possible de retrouver la direction du nord géographique du fait du déplacement de l’objet après cuisson. En revanche, on peut caractériser l’orientation du plan d’aplatissement de chaque tuile ou brique, par rapport au nord magnétique (NM) de l’époque de cuisson, par un angle appelé déviation (noté ∆). Par exemple, si la déviation ∆ est de 90°, cela signifie que la brique cuite sur tranche avait son plan d’aplatissement orienté perpendiculairement à la direction du NM. Dans l’hypothèse où la brique à cuire était chargée dans un four à sole horizontale à plat, de chant ou debout (fig. 1b), il est possible de déterminer la position réelle de cuisson par un test sur la valeur de l’inclinaison calculée pour chacun des trois repères. En effet, la variation de l’inclinaison du CMT à nos latitudes durant les derniers millénaires se situe entre 55° et 75°  : la position de cuisson retenue sera donc celle qui donne une inclinaison tombant dans cet intervalle (position debout dans la figure 1b). On montre que cette solution est univoque. En pratique, pour compenser la dispersion naturelle des positions des matériaux cuits sur tranche autour de la verticale dans le four, il est nécessaire d’étudier au moins une centaine d’éléments différents d’un même ensemble dit homogène, c’est-à-dire cuit à une même date dans un même four, pour pouvoir déterminer une inclinaison moyenne fiable. Explorer le terrain Datation des terres cuites architecturales Cette méthodologie a fait l’objet de nombreuses applications en archéologie. Pour la période romaine comme pour la période allant du 12 e siècle à nos jours, les TCA étaient chargées sur la tranche dans les fours à sole horizontale, le plus souvent en rangées croisées perpendiculairement (fig. 1c). L’étude de l’aimantation d’au moins une centaine de briques cuites selon ce type de chargement conduit à des directions d’aimantation que l’on peut représenter dans un stéréogramme (fig. 1d). La valeur de l’inclinaison se lit radialement tandis que la déviation indique directement l’orientation du plan vertical de chaque brique par rapport au Nord magnétique de l’époque de cuisson. Le chargement des briques en rangées croisées se traduit alors par un regroupement des déviations selon deux directions en moyenne perpendiculaires. C’est l’inclinaison moyenne déduite de ces deux groupements qui permet la datation. Un exemple d’application  : la tour-clocher de la collégiale Saint-Martin à Angers Restitution des positions de cuisson des terres cuites architecturales dans les fours durant le haut Moyen Âge Un programme du CNRS (2004-2012) a permis de tester et d’étendre cette méthodologie à des ensembles de TCA du haut Moyen Âge. Nous présentons ici une application à la datation d’une phase de construction de la tour-clocher de la collégiale Saint-Martin à Angers, un monument emblématique de l’architecture médiévale (voir la photo de la p.55). Jusqu’à nos travaux, on considérait que cette tour ne pouvait pas avoir été construite avant le début du 11 e siècle AD (après Jésus-Christ). Une campagne de datation a été menée dans les années 2000, par 14 C sur des charbons retrouvés dans les mortiers, par thermoluminescence sur les briques, et par archéomagnétisme sur 150 briques carottées dans les arcs sud et ouest de la tour (fig. 2) [5]. Les directions des aimantations thermorémanentes (ATR) mesurées sur ces briques sont représentées dans le stéréo- Reflets de la Physique n°63 57



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