Recherches sur la datation directe de la construction des édifices : exploration des potentialités de la datation des mortiers archéologiques par luminescence optiquement stimulée (OSL)

Researches on direct dating of constructions : Investigations of the potentials of Optically Stimulated Luminescence to date archaeological mortars

• Auteur / Autrice : Petra Urbanová
• Direction : Pierre Guibert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des archéomatériaux
• Date : Soutenance le 27/11/2015
• Etablissement(s) : Bordeaux 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Montaigne-Humanités (Pessac, Gironde ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche sur les archéomatériaux (France)
• Jury : Président / Présidente : Ian Bailiff
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Guibert, Emanuela Sibilia, Anne Michel, Sébastien Bully
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ian Bailiff, Emanuela Sibilia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antiquité

Mortier

Archéologie -- Datation

Mots clés libres

Mortier de chaux

Quartz

Luminescence optiquement stimulée (OSL)

Datation

Construction

Archéologie du bâti

Antiquité

Moyen-Age

Europe occidentale

Lime mortar

Quartz

Optically stimulated luminescence (OSL)

Dating

Construction

Building archaeology

Gallo-roman Antiquity

Middle Ages

Western Europe

Résumé

La datation directe de l’édification de maçonneries est l’objectif archéologique majeur de cette thèse qui s'inscrit dans un contexte interdisciplinaire. Il s’agit de mettre au point une méthode de datation des mortiers, matériaux de choix beaucoup plus représentatifs de la chronologie de l’édification que les briques ou les bois de charpentes qui peuvent être remployés. Les mortiers de chaux, constitués d'un mélange de chaux et de sable, peuvent être datés par luminescence optiquement stimulée : il s’agit en effet de remonter à la fin de la dernière exposition à la lumière des grains de sable qui ont été ajoutés à la chaux par les anciens bâtisseurs, ce qui correspond précisément à la fabrication du mortier au moment de l’édification. Les monuments datés dans ce travail forment un ensemble d’édifices de référence s'étendant de l'Antiquité gallo-romaine jusqu'à la fin du Moyen Âge, bien calés chronologiquement par les approches chronologiques indépendantes. L’objectif est de comparer la chronologie obtenue par OSL à celle connue et démontrer ainsi la validité de la méthode. La procédure de datation des mortiers par OSL est compliquée par plusieurs facteurs. D’abord, le blanchiment optique des grains de quartz du mortier n’est pas uniforme en raison de l’éventuelle faible durée d’exposition à la lumière. En plus, une faible ancienneté des objets à dater (2000 ans au maximum) implique des signaux de faible amplitude et la nécessité d’adapter le protocole de mesure. Enfin, particulièrement les mortiers grossiers peuvent être affectés par les effets microdosimétriques. Ces facteurs sont pris en compte dans le choix de méthodologie de datation qui comprend ainsi les étapes suivantes : la caractérisation du mortier par microscopie optique, par EDX-MEB et par imagerie beta, la mesure des doses archéologiques individuelles par la technique de monograin, la détermination de la dose annuelle et le calcul de la dose archéologique ou bien de l’âge. Cette dernière est une étape délicate car il s’agit de sélectionner dans les distributions des doses archéologiques individuelles les grains bien blanchis qui portent une information chronologique recherchée. Pour cela, les différentes approches statistiques habituellement utilisées en datation par luminescence sont testées. Cette thèse apporte une démonstration de la méthode et montre que dans de nombreux cas, elle peut produire des dates fiables. L’analyse individuelle de chaque grain est ici un seul moyen permettant d’obtenir des informations exactes sur la vraie nature du matériau étudié.

The heart of the proposed research lies in the possibilities of direct dating of historical constructions, the interdisciplinary issues of a high significance. The aim of this research is to put into practice a dating method dealing with mortars, the category of materials more convenient and much more representative for the chronology of buildings in comparison with bricks or wood constructions that may be reused. Lime mortars composed of the mixture of sand and lime can be dated by optically stimulated luminescence: the objective is to determine the last moment when the grains of sand have been exposed to light which corresponds exactly with the fabrication of the mortar at the moment of building. The monuments dated within this PhD. thesis constitute a group of reference structures from the Gallo-Roman antiquity to the Middle Ages well-dated by other independent chronological approaches. The objective is to compare the chronology obtained by OSL with the known one and thereby to proof the validity of the method. The OSL dating procedure of mortars is complicated by numerous factors. First of all, due to the short exposure to light the optical bleaching of quartz grains in mortar is not homogeneous. In addition, the young age of dated material (maximally 2000 years old) implies signals of a weak intensity and the necessity to adapt conveniently the measurement protocol. Finally, especially the coarse-grained mortars can be affected by the microdosimetric effects. All these factors are taken into account when selecting a convenient dating methodology comprising the following stages: characterization of mortar by optical microscopy, by SEM-EDX and by beta autoradiography, the measurement of individual archaeological doses by the single grain technique, the determination of the annual dose and the calculation of the archaeological dose and of the age. The latter stage is a tricky one; it is necessary to select from the measured distribution of archaeological doses the well-bleached grains that contain the right chronological information. In this context, different statistical approaches usually used in luminescence dating are tested. This thesis brings a demonstration of the OSL dating method and shows that in many cases we can get reliable dates. The individual analysis of each grain is here the only way how to get the precise information about the nature of the studied material.