Tout savoir sur la thermoluminescence

Publié par Marianne Peyri, le 18 mai 2022   63

Il y a différentes manières de dater les minéraux. On peut utiliser la méthode ingénieuse de la thermoluminescence.

Qu’est-ce que la thermoluminescence ?

C’est le fait d’utiliser la chaleur (« thermo », « chaleur » en grec ancien) et la lumière (« lumen », «Lumière » en latin), soit la lumière/énergie qui est émise quand un minéral reçoit une source de chaleur. Les minéraux en effet, en étant soumis à la radioactivité présente dans la nature, se chargent, comme une petite batterie. De ce fait, ils peuvent émettre en effet une énergie et c’est ce qui va permettre de dater l’échantillon.

De quand date la méthode dite de datation par luminescence ?

Le phénomène de thermoluminescence a été découvert au XVIIe siècle, mais les premières datations datent des années 1950 par des Russes et des Américains. Cela s’est poursuivi par le travail de Martin Aitken, dans les années 1960, sur des poteries. Les recherches dans les années 1970 et 1980 ont permis de faire des datations plus anciennes, notamment en remontant à la Préhistoire. Depuis le début des années 2000, il y a un grand boom de nouvelles techniques. Cependant, cela reste moins connu que la méthode dite du carbone 14, car cette méthode de luminescence est moins précise (plus d’erreurs sont possibles), et elle nécessite plus de mesures, mais elle permet de remonter plus loin dans le temps que le carbone 14.

C’est quoi, la radioactivité ?

Ce sont des émissions d’énergie, sous forme de particules et de rayonnements électromagnétiques, qui, lorsqu’ ils sont très forts, peuvent arracher des électrons à la matière, comme des cellules du corps et les abîmer.

La radioactivité est un phénomène naturel, il y en a partout dans le monde, avec l’uranium, le potassium…, mais en quantité très faible et donc sans danger pour l’homme qui y est habitué.

Pour en donner une définition scientifique, la radioactivité, ce sont des atomes qui se transforment et émettent des particules qui, elles, sont porteuses d’énergie. Les grains de quartz absorbent cette énergie et la restituent.

Mais pourquoi la méthode de luminescence est-elle appliquée surtout aux grains de quartz ?

Dans un sédiment, il y a des minéraux comme le quartz et beaucoup d’autres. Le quartz est l’un des minéraux les plus courants, il y en a partout sur la terre et ils sont luminescents ; ils possèdent donc les bonnes propriétés pour faire de la datation.

Mais il y a aussi dans les sédiments, tout un tas de « cochonneries » que l’on doit éliminer pour arriver à bien les dater.

On doit ainsi faire sécher le sédiment pour éliminer toute trace d’eau, mais on va aussi éliminer d’autres éléments, notamment les carbonates. On utilise pour cela des produits acides (plus couramment, on connaît le vinaigre blanc, le coca-cola, le jus de citron…). En laboratoire, on met notre échantillon dans de l’acide chlorhydrique. On voit ainsi de petites bulles, du dioxyde carbone qui s’échappe.

Dans les sédiments, il y aussi de la matière organique, de la matière qui se décompose, et qui, si elle est chauffée, peut donner de la lumière, donc on va l’éliminer en utilisant de l’eau oxygénée.

Enfin, on va faire du tamisage pour séparer les minéraux entre eux, en utilisant leur densité, soit la quantité de matière par unité de volume (en grammes par centimètres carrés). En effet, pour un même volume, ces différents minéraux ne vont pas avoir la même masse.

Comment faire pour dater ce sédiment ? Quelles sont les étapes du travail de l’archéomètre ?

Il n’est pas possible de voir à l’œil nu si le « quartz est chargé ». Il faut faire des mesures avec des instruments très précis comme ceux du CNRS.

Sur un chantier, il faut aller chercher des échantillons, on éclaire la paroi avec une lumière rouge et non blanche. En laboratoire, on travaille aussi avec des lumières orangées.

Plus le grain de sédiment est enfoui profondément dans la terre, plus la batterie du sédiment est chargée : c’est pour cela que l’on va chercher des échantillons dans les couches profondes. Le grain voyage ensuite dans le noir, à l’abri de la lumière, pour que la mesure puisse être juste.

Il s’agit donc de récupérer cette énergie, de voir pendant combien de temps ce sédiment l’a reçue et à quelle vitesse, afin de pouvoir le dater.

On utilise soit une source lumineuse (par exemple un laser), soit une source de chaleur pour vider « la batterie d’énergie » du sédiment et mesurer la lumière émise, et pour ainsi savoir la dose d’énergie qu’il contient... En effet, plus il a été irradié, plus l’échantillon émettra de la lumière quand il sera chauffé. C’est comme pour une lampe de poche : si sa batterie est faible, on voit qu’elle commence à émettre une lumière plus faible et inversement, si sa batterie est pleine, la lumière sera plus forte.

Maëlle Barcaro, Célian Galibert, Lou Gonzalez, Lucas Hanognona, Melvy Dondey, élèves de 6e au collège Gisèle Halimi de Mérignac, avec l’appui de leur professeure Christelle Granit.

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Crédit : S. Soulié

La réalisation de cet article s’inscrit dans le dispositif « Sciences en collège », mené par Cap Sciences en partenariat avec le Conseil départemental de Gironde. Il vise, avec l’aide de la journaliste Marianne Peyri, à accompagner les collégiens dans l'écriture d’articles et la réalisation de photos ou vidéos rendant compte de projets artistiques, culturels ou scientifiques initiés par les collèges de Gironde.