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Thermoluminescence

Dater en libérant l’énergie accumulée par la radioactivité

Un grand nombre de minéraux émettent de la lumière quand on les chauffe. C’est le phénomène de thermoluminescence. Le phénomène fut  découvert en Angleterre par Sir Boyle en 1663. Ayant réchauffé un diamant dans l’obscurité, il observa qu’il émettait une lueur.

Plus tard, Pierre et Marie Curie notèrent la production d’intenses colorations dans des verres et de la porcelaine exposés aux rayonnements, puis la disparition de ces couleurs avec émission d’une lueur fluorescente quand ces substances étaient chauffées.

Homo Sapiens
La thermoluminescence est une technique de datation qui a plusieurs applications en Préhistoire. La datation est faite à partir de minéraux chauffés à l’époque et retrouvés sur le site, comme des silex ou des poteries pour des vestiges plus récents. Elle a été utilisée ici pour dater à 92000 ans ce squelette de femme ” Homo Sapiens ” et de son enfant, retrouvés dans la grotte de Qafzeh en Israël. Cette datation a montré que l’Homo Sapiens ne pouvait descendre de l’homme de Néandertal.
© CNRS ©

Les éléments radioactifs présents dans les argiles et les sols émettent un flux faible et constant de radiations dû aux désintégrations de l’uranium, du thorium et de leurs descendants ainsi que du potassium-40. Ces radiations passent à travers les matériaux en y perdant leur énergie. Les électrons libérés par ionisation ne se recombinent pas tous. Certains se retrouvent piégés avec un excès d’énergie dans les défauts et impuretés du réseau cristallin. Le nombre d’électrons piégés et l’énergie ainsi accumulée augment avec le temps.

L’action alors de chauffer libère l’énergie accumulée sous l’effet de la radioactivité. Dans le cas des verres de Pierre et Marie Curie, l’exposition à la radioactivité avait été courte mais intense au point de les colorer. Les minéraux appartenant à des vestiges anciens, sont eux exposés aux doses beaucoup plus modestes de la radioactivité naturelle, mais durant des temps beaucoup plus longs. La mesure de l’énergie accumulée, qui est délicate et nécessite un étalonnage, permet de remonter à l’âge de l’objet examiné.

La thermoluminescence est utilisée en Préhistoire. Un exemple d’application concerne la datation de silex chauffés abondants dans les sites préhistoriques. On a pu ainsi prouver que les premiers hommes modernes (« proto Cro-Magnon ») avaient vécu sur un site du Moyen-Orient il y a près de 90 000 ans. Ils ne pouvaient descendre d’hommes du Neandertal dont un squelette à été retrouvé dans une couche datée à 60 000 ans.

La thermoluminescence est également utilisée pour dater des poteries et céramiques dans les sites qui se situent entre le Néolithique (à l’époque des pierres polies, avant les premiers égyptiens ) et le Moyen Âge. Le temps écoulé est celui qui sépare le moment où la poterie a été cuite de celui où elle est chauffée bien plus tard pour la datation