La résonance paramagnétique électronique appliquée en archéologie

La résonance paramagnétique électronique ou résonance de spin électronique (ESR, EPR) est une méthode classique d'analyse de la structure de la matière depuis plus d'une cinquantaine d'années. Elle est basée sur l'interaction entre un champ magnétique puissant et les électrons non appariés du matèriau analysé.

Sous l'effet d'un champ magnétique délivré par un électroaimant (qq milliers de gauss : de quoi soulever une voiture), les électrons orientent leur moment magnétique (petite boussole) parallèlement ou anti-parallèlement à celui-ci. C'est cette propriété qui est utilisée dans les mesures de EPR.

Pratiquement, on positionne l'échantillon au centre d'une cavité situé au centre de l'entrefer d'un électroaimant et reliée à un générateur de micro-ondes électromagnétiques. Pour une énergie donnée hn des photons émis par le générateur de micro-ondes, il existe une valeur de résonance du champ magnétique H délivré par l'électroaimant pour laquelle tous les électrons célibataires (non appariés) d'un certain type de piège orientent leur spin parallèlement au champ. A cette valeur H, le spectromètre d'EPR enregistre un signal correspondant à l'absorption des micro-ondes. Ce signal est proportionnel au nombre d'électrons paramagnétiques présents dans les pièges.

La radiation naturelle de l'environnement induit le piègeage d'électrons dans les mat&ériaux qui y sont exposés. Les électrons s'accumulent durant les p&ériodes dans les centres pièges.

L'EPR est une méthode peu destructive et permettant l'analyse de petite quantité, moins de 100 mg. Elle apparaît donc comme l'un des moyens possibles de datation et contrairement à la thermoluminescence, le chauffage de l'échantillon est inutile. La méthodologie de la datation par EPR s'apparente de très prés à celle de la datation par thermoluminescence. Il faut ainsi déterminer la dose archéologique et accumulée par l'échantillon et la dose annuelle d'irradiation. Cependant la détermination de la dose archéologique présuppose quelques hypothèses :



Cette méthode permet la datation des carbonates (spéléothems, coraux, coquilles marines, ...), des os fossiles, des bois fossiles, de l'émail dentaire et d'apporter des informations supplémentaires pour la géochronologie du Quaternaire.

Cependant de nombreux problèmes liés au comportement des électrons de datation restent à résoudre et c'est la raison pour laquelle la recherche dans ce domaine est très active.

Au stade actuel l'EPR apparaît comme une méthode riche de possibilités et on peut penser qu'elle fera partie des méthodes de datation directe des séries sédimentaires et des gisements fossilifères de l'ensemble du Quaternaire.


Loïc Portelette.

A LIRE