Faire la lumière sur un mystère séculaire
La datation par luminescence permet d’estimer le temps qui s’est écoulé depuis la dernière exposition à la lumière du jour de grains d’un minéral tel que le quartz. Il s’agit d’une technique essentielle pour la datation des sites géologiques et archéologiques, qui permet de dater des matériaux vieux de 500 000 ans. Cependant, les mesures présentent un certain niveau de fluctuation, dont les raisons demeurent inexpliquées. Le projet RELOS, soutenu par le Conseil européen de la recherche, s’est attaché à découvrir les sources de cette incertitude. «Il s’agit d’une grande inconnue qui, selon nous, doit être abordée», déclare Jan-Pieter Buylaert, coordinateur du projet. «Lors de nos expériences en laboratoire, même si nous soumettons chaque grain à une dose de rayonnement strictement identique, nous constatons toujours une dispersion inexpliquée de la charge stockée apparente.» Dans la pratique, des justifications a posteriori du praticien servent souvent à écarter ou à expliquer les résultats dispersés, imprégnant la datation par luminescence d’un certain degré de subjectivité. En identifiant la source de la dispersion, Jan-Pieter Buylaert et ses collègues de l’Université technique du Danemark avaient l’espoir de consolider ce processus.
Désintégration radioactive
Lorsque les grains minéraux sont enfouis, ils accumulent progressivement de l’énergie provenant de leur exposition à la radioactivité naturelle de la gangue environnante. Cette énergie est stockée sous forme de charges piégées dans des défauts de la structure cristalline du minéral. Lorsque les grains sont exposés à une lumière vive, que ce soit dans la nature ou en laboratoire, la charge est libérée et l’énergie stockée est restituée sous forme de photons. Cette luminescence permet aux chercheurs de quantifier le temps durant lequel les grains ont été enfouis. L’une des principales hypothèses de calcul du taux de stockage de la charge postule que les grains restent électriquement neutres. Or, le projet RELOS a révélé une accumulation considérable de déséquilibre de charge, certains grains se chargeant négativement, d’autres positivement. «C’est la combinaison de la taille du grain et de la portée du rayonnement qui en est la cause», explique Jan-Pieter Buylaert. «Mais bien que nous ayons pu observer cet effet expérimentalement, nous n’avons pas pu établir de lien avec la dispersion observée dans des distributions de doses naturelles.» Une deuxième hypothèse suggérait que la taille, la distribution et la géométrie des grains individuels affectent la manière dont l’énergie absorbée par le rayonnement est répartie entre les grains, et donc la vitesse à laquelle la charge s’accumule dans un grain minéral par rapport à un autre. L’équipe de Jan-Pieter Buylaert a construit des modèles mathématiques complexes pour tenir compte de cette hypothèse.
Datation du lœss
Au cours du projet, Jan-Pieter Buylaert et ses collègues ont également entrepris de développer une courbe de réponse de la luminescence à une dose dans la nature, en analysant des grains récupérés sur le site de référence terrestre du Quaternaire, sur le plateau de lœss en Chine. La poussière s’y est accumulée à un rythme régulier pendant des millions d’années, et l’âge des différentes strates peut être recoupé à l’aide de signaux tels que le paléomagnétisme (inversion des pôles) et les cycles de Milankovitch. Malheureusement, cela s’est avéré impossible. «Nous avons trouvé plusieurs mètres de sédiments érodés – des sauts d’âge de plusieurs dizaines de milliers d’années dans la section. Nous n’avons donc pas pu développer une courbe dose-réponse sur ce site, mais nous avons pu relier ces écarts d’âge à des phénomènes climatiques régionaux et mondiaux», ajoute Jan-Pieter Buylaert. Leurs résultats ont été publiés dans la revue «Nature Communications». Selon Jan-Pieter Buylaert, les modèles géométriques élaborés dans le cadre du projet seront utiles à son nouveau projet consacré à la migration humaine en Asie centrale: «Le problème ne disparaîtra pas, et nous saisirons toutes les occasions qui se présenteront pour relancer nos investigations.»
Mots‑clés
RELOS, datation par luminescence, radioactif, âge, minéral, archéologique, radiation, charge, dispersion
