La luminescence stimulée optiquement est basée sur la structure cristalline du quartz et des feldspaths. Ils possèdent des défauts dans leur structure cristalline qui, pour certains, peuvent agir comme des pièges à électrons. En raison de la radioactivité naturelle, les électrons sont excités et au lieu de retourner dans leur couche initiale, ils sont piégés dans ces défauts. Il est possible de connaître le nombre d’électrons piégés par des calculs de la radioactivité (dose annuelle) de l’objet étudié et de son environnement, ainsi que le nombre total d’électrons piégés par stimulation optique (OSL) ou par chauffage (TL) des grains de minéraux extraits d’un échantillon. L’équation de l’âge est donc écrite de la manière suivante :
Age = Paléodose (Gy) / Dose annuelle (Gy.year-1)
L’âge calculé correspond à la dernière remise à niveau des grains de minéraux. Par exemple, lors de la formation de l’argile, les matériaux qui le constituent emmagasinent des électrons et les pièges deviennent saturés. Ensuite, si cette argile est utilisée pour la fabrication d’une céramique, les pièges se vident de leurs électrons à cause de l’exposition à la chaleur (> 350°C). Ensuite, les pièges peuvent se remplir à nouveau. L’événement daté par l’OSL sera le moment de cette remise à zéro par la chaleur ou la lumière. L’OSL peut également permettre de dater le dernier moment où l’objet a été exposé à la lumière, le moment de son enfouissement par exemple. Néanmoins, cette dernière partie reste encore à l’état de tests.
Avant toute analyse en OSL, l’échantillon doit être préparé. En effet, seuls les feldspaths et les quartz sont utilisés et s’ils sont inclus dans une matrice ou sont entourés par des cristaux autres comme les zircons, les analyses seront faussées. L’échantillon est généralement broyé, subit une attaque à l’acide chlorhydrique pour éliminer les carbonates et à l’acide fluorhydrique (HF) pour éliminer la contribution des autres cristaux et des radiations α sur la surface externe des grains de quartz et de feldspaths. Les grains sont ensuite tamisés et généralement la fraction 60/90μm est utilisée pour l’analyse. Les grains sont ensuite déposés en monocouche à l’aide d’une huile de silicone. L’aliquote est alors mis dans l’appareil OSL pour l’analyse.
Pour vider les pièges de leurs électrons, l’OSL utilise une lumière monochromatique (lumière bleue au laboratoire d’Oxford), ce qui la différencie de la thermoluminescence, qui utilise le chauffage. Quand la lumière arrive sur l’échantillon, les grains de quartz réagissent en émettant des photons. Un photomultiplicateur couplé à un préamplificateur et un amplificateur mesure l’émission de photons. Les données sont ensuite traitées par ordinateur. Avec cet instrument, il est également possible d’envoyer une longueur d’onde dans l’infrarouge et donc de savoir s’il y a des feldspaths présents ou non dans l’échantillon analysé.
Les quartz donnent des signaux différents de ceux des feldspaths en OSL.
L’âge est calculé en intégrant le signal de la courbe. Néanmoins, cela ne suffit pas pour connaître l’âge réel. Le protocole d’application générale est le SAR (Single Aliquot Regeneration). Sur le même aliquote, on mesure le signal naturel, puis l’aliquote est irradié avec une source radioactive calibrée (généralement 90Sr). L’échantillon reçoit une dose radioactive connue. Les signaux obtenus sont ensuite traités et une courbe dose-réponse est obtenue, il est ainsi possible de trouver la quantité de radiations reçues par l’échantillon et donc la dose équivalente ou paléodose.
Pour notre étude, nous avons postulé que la couche de pigments avait empêché le soleil de remettre à zéro la surface de la roche. La roche est un grès de la formation de Clarens, principalement composé de feldspaths et de quartz comme nous l’avons vu dans la partie II. Il serait ainsi possible en grattant la couche de pigments sous lumière rouge d’atteindre la surface de la roche et donc de pouvoir mesurer la paléodose des quartz et des feldspaths.
Mais pour être en mesure d’appliquer ce protocole, il est nécessaire que les feldspaths et les quartz soient adaptés à ce genre d’analyses. Pour cela, nous avons effectué les premiers tests sur des morceaux de roches prélevées sur des fragments peints, mais en prenant soin de ne pas inclure de pigments.
Contributeur : A. Bonneau