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Detailed view Habilitation à diriger des recherches
Université Michel de Montaigne - Bordeaux III (21/12/2007), Jean-Laurent Monnier (Pr.)
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La méthode de datation par résonance de spin électronique (ESR) au Muséum national d'histoire naturelle.
Vingt ans de recherches méthodologiques et d'applications géochronologiques
Jean-Jacques Bahain1

la méthode de datation ESR est une méthode paléodosimétrique, c'est-à-dire qu'elle utilise les échantillons comme des dosimètres naturelsqui ont enregistré la dose totale de radiation qu'ils ont reçue depuis leur formation ou leurenfouissement. Comme les méthodes de la luminescence, la méthode ESR est fondée sur l'accumulation au cours du temps d'électrons piégés dans des défauts du système cristallin des minéraux sous l'effet de la radioactivité naturelle. L'équation d'âge peut s'exprimer classiquement comme ceci : la dose totale de radiation D classiquement appelée paléodose est fonction de la dose de radiation reçue annuellement par l'échantillon da et du temps. Pour réaliser une datation ESR, il faut donc déterminer ces deux paramètres, paléodose et dose
annuelle.
La détermination de la paléodose se fait en utilisant la spectrométrie ESR. En fait, on va s'intéresser aux caractéristiques magnétiques des échantillons et notamment au paramagnétisme des électrons célibataires piégés. Les électrons sont animés d'un mouvement de rotation sur eux-mêmes, appelé spin, et qu'ils possèdent une charge négative, le spin entraîne la formation d'un moment magnétique. Si on place un électron dans un champ magnétique intense, il va s'orienter par rapport à ce dernier et deux positions vont alors être possible en fonction du sens de rotation. A ces deux orientations vont correspondre deux niveaux d'énergie, appelés niveaux Zeeman. Si maintenant on envoie une micro-onde sur notre échantillon, on va pour une certaine valeur de fréquence de celle-ci pouvoir induire des transitions entre ces deux niveaux d'énergie. On observera alors une absorption d'une partie de l'énergie de la micro-onde et la dérivée première de ce signal d'absorption correspond au signal mesuré par ESR. Chaque signal ERS est caractéristique de la matière analysé et fournira des informations sur la position au sein du cristal de l'électron correspondant.
Pour déterminer la paléodose, on utilise la méthode dite de l'addition. On vieillit artificiellement l'échantillon en l'irradiant à des doses croissantes puis on trace un diagramme reportant la variation de l'intensité ESR du signal considéré en fonction de la dose d'irradiation ajoutée. L'extrapolation de la courbe de croissance obtenue à une ordonnée zéro fournit la paléodose.
La détermination de la dose annuelle peut se fait en déterminant la contribution de chaque type de rayonnement (α, β, γ, cosmiques) auxquelles est soumis l'échantillon durant une année. K est un facteur correctif lié au fait que les rayons alpha entraînent la création de moins d'électrons piégés que les rayons bêta ou gamma. On peut également exprimer la dose annuelle en fonction de l'origine (interne ou externe) de ces rayonnements. La détermination de la dose annuelle nécessite la mesure des activités en radioéléments des différents échantillons et de leur environnement et une mesure de dosimétrie in situ par spectrométrie gamma ou pose de dosimètres TL.
1:  HNHP - Histoire Naturelle de l'Homme Préhistorique
datation ESR