Composition, propriétés rhéologiques et couleur des obsidiennes, un lien entre passé et présent ?

Composition, rheological properties and colors of obsidians, a link between past and present?

• Auteur / Autrice : Dimitrios Isaias
• Direction : Laurent Cormier, Daniel Neuville
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie

Mots clés

Mots clés libres

Obsidienne

Couleur

Viscosité

Obsidian

Color

Viscosity

Résumé

Les obsidiennes accompagnent l'histoire de l'humanité depuis plus de 10000 ans. Ils ont permis de fabriquer les premiers outils de l'homme moderne mais également les premiers bijoux qui ont embelli la vie de nos ancêtres. Malgré cette longue histoire entre l'homme et les obsidiennes, de nombreuses questions demeurent : - Quelles sont leur origine et leur dynamisme éruptifs ? - D'où viennent les colorations noires, rouges, vertes ou bleus ? Des nanoparticules de spinelle semblent être à l'origine des obsidiennes noires, mais qu'en est-il des autres couleurs ? et comment se forment ces nanoparticules ? - Est-il possible de valoriser les obsidiennes en fabriquant de nouveaux matériaux ? Le projet de thèse consistera à caractériser des obsidiennes anciennes ou échantillonnées au Mexique (Coll. F. Gendron, MNHN), aux États-Unis et en Turquie. Des mesures de viscosité permettront de déterminer leurs propriétés rhéologiques. La compréhension de l'origine de la couleur (rôle du fer, bulles, nanoparticules) sera menée par différentes méthodes : spectroscopie optique, MEB et MET, rayonnement synchrotron pour déterminer le redox du fer. Nous évaluerons ensuite la possibilité de fabriquer des verres à partir de l'obsidienne : est-ce que les premiers verres fondus par les hommes ont pu être obtenus par cette matière première ? est-ce que de nouvelles compositions sont possibles en mélangeant du verre recyclé avec des laves volcaniques ? Sur ces nouveaux verres obtenus les mêmes questions de propriétés rhéologiques et de coloration du produit final seront abordées. L'étudiant pourra commencer son travail dès son arrivée. Nous disposons d'un corpus d'échantillons provenant de plusieurs gisements qu'il faudra caractériser et préparer pour des expériences d'absorption de rayons X au seuil K de fer prévues sur la ligne LUCIA-SOLEIL.

Obsidian has accompanied humanity's history for more than 10,000 years. It was used to make the first tools of modern humans and also the first jewelry that adorned the lives of our ancestors. Despite this long history between humans and obsidian, many questions remain: What is their origin and eruptive dynamics? Where do the black, red, green, or blue colorations come from? Nanoparticles of spinel seem to be responsible for black obsidian, but what about the other colors? And how are these nanoparticles formed? Is it possible to enhance the value of obsidian by creating new materials from it? The PhD project will focus on characterizing ancient obsidian samples, collected from Mexico (Coll. F. Gendron, MNHN), the United States, and Turkey. Viscosity measurements will allow for determining their rheological properties. Understanding the origin of the color (role of iron, bubbles, nanoparticles) will be conducted using various methods: optical spectroscopy, SEM and TEM, synchrotron radiation to determine the redox state of iron. We will then evaluate the possibility of making glass from obsidian: Could the first glass melted by humans have been made from this raw material? Is it possible to create new compositions by mixing recycled glass with volcanic lava? For these new glasses, the same questions of rheological properties and the coloration of the final product will be addressed. The student can begin their work as soon as they arrive. We have a collection of samples from several deposits that will need to be characterized and prepared for X-ray absorption experiments at the iron K-edge, scheduled on the LUCIA-SOLEIL beamline.