Modélisationet simulations numériques des effets dosimétriques dans les sédiments quaternaires : application aux méthodes de datation par luminescence

Modeling and numerical simulations of dosimetric effects in quaternary sediments : application to luminescence dating methods

• Auteur / Autrice : Guillaume Guérin
• Direction : Norbert Mercier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des archéomatériaux
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Bordeaux 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Paléoenvironnement

Paléolithique moyen

Sols -- Teneur en substances radioactives

Dosimétrie

Résumé

Si les recherches sur la détermination des doses équivalentes ont fait d’énormes progrès en datation par luminescence durant ces dernières années, on ne peut pas en dire autant des travaux sur les débits de dose. Dans ce travail, l’outil de simulation numérique des interactions particules-matière GEANT4 a été mis à profit afin d’étudier les hétérogénéités des milieux sédimentaires. Une série d’expériences virtuelles a permis d’affiner une technique de spectrométrie gamma de terrain, pour laquelle la précision et la justesse des mesures ont été améliorées tout en réduisant les temps de mesure. Ces résultats ont été validés par la calibration expérimentale d’un spectromètre gamma portable. Une technique de cartographie des débits de dose gamma dans les sols, non invasive et compatible avec les fouilles archéologiques, a été proposée. A l'échelle des grains, les simulations numériques des effets dosimétriques ont révélé la validité limitée du concept de matrice infinie, largement utilisé en datation paléodosimétrique. Un ensemble de facteurs influençant les débits de dose reçus par des grains de sédiment a été identifié : il s’agit des facteurs de géométrie. Des outils on été développés afin de quantifier les effets microdosimétriques associés. Enfin la thermoluminescence et la luminescence optique ont été appliquées à l’étude du gisement Paléolithique du Roc de Marsal. Les résultats chronologiques ont permis de replacer les occupations humaines et leur contexte environnemental, climatique, sur l’axe du temps et en regard des variations climatiques terrestres.

Whereas research on the determination of equivalent doses has made significant progress in the field of luminescence dating during the last decade, research on dose rates has severely lagged behind. The particle-matter simulation toolkit GEANT4 was here been used to study the effects of heterogeneities in sedimentary media. A series of virtual experiments was designed to refine a field gamma spectrometry technique, improving accuracy and precision while reducing counting times. These results were used for the experimental calibration of a gamma ray probe. A technique, which is non invasive and compatible with archaeological excavations, was proposed for mapping gamma dose rate in soils. On a grain scale, numerical simulations of dosimetric effects revealed the limited validity of the widely used concept of infinite matrix in palaeodosimetric dating. A new set of factors influencing dose rates to sedimentary grains were identified, and called geometry factors. Adequate tools for quantifying the corresponding microdosimetry effects were developed. Finally, thermoluminescence and optically stimulated luminescence were applied to the chronology of the Paleolithic site of the Roc de Marsal. The results were used to provide a chronological frame for the human occupations and their climatic and environmental contexts, in regard of past global climate variations