DANS LA RÉACTIVITÉ DES PHASES DE SIO2, VERS
L’UTILISATION DU SYNCHROTRON
(P. F
ernandes, P. M
arTineTTo, C. d
ejoie, P. s
Ciau, M. P
iboule, F.X l
eb
ourdonneC, V. d
elVigne)
Le silex est un matériau difficile à aborder en termes d’analyse. Il est hétérogène et métastable : un mélange de minéraux et d’éléments organiques, de défauts et d’homogénéité dans la structure cristallographique, de phases authigènes/ détritiques, syngénétiques/épigénétiques, multiples paramètres qui évoluent au dépend de nombreux facteurs externes. La chaine évolutive est le moyen approprié pour décrypter la longue séquence d’évènements mécaniques et physicochimiques effectués lors des itinéraires du gîte primaire au gîte final de résidence. Ce transfert se traduit à la surface de l’objet par l’acquisition de stigmates enregistrés de façon discontinue et imposés par des facteurs mécaniques ou physicochimiques. Ces effets acquis à l’interface minérale du silex et de son environnement selon chaque agent s’établissent selon des échelles temporelles très variables (comprises entre la milliseconde et le million d’années, voire même plus). L’analyse de l’évolution faciologique des silex acquise au contact de l’atmosphère, de l’hydrosphère et même de la biosphère apporte - selon leurs natures originelles - des enseignements très variés concernant les milieux de transfert ou de résidence, les conditions climatiques et les paramètres physicochimiques, etc…
L’interface corticale, la plus sollicitée lors de cette évolution, constitue un enregistreur privilégié pour décrypter les stigmates des interactions dans des environnements successifs variés. Le transit général de l’objet et la chronologie relative des évènements qui le modèlent restent difficiles à relier ainsi aux milieux de résidence successifs. Seules les grandes discontinuités temporelles de ce transfert peuvent être calées.
Ce matériau complexe rend difficile la détermination précise de sa diffusion naturelle avec les outils à notre disposition (mésoscopie, microscopie à polarisation, microscopie électronique à balayage équipé pour la microanalyse par rayons X (SEM-EDX, XRF), microscope confocal, diffraction des rayons X (DRX), spectroscopie Raman, spectroscopie infrarouge à transformée de Fourrier (FTIR), spectrométrie plasma-masse à couplage inductif par ablation laser (LA-ICP-MS) - analyse isotopique (LA-MC-ICP-MS). Malgré cette combinaison d’outils analytiques, nous avons atteint un niveau qui doit être dépassé ! La plupart des produits de réaction restent indéterminés.
Il est nécessaire d’effectuer une cartographie géochimique et minéralogique précise à l’échelle de quelques microns. L’utilisation du synchrotron devrait permettre d’identifier les variations dans la structure et la composition des éléments piégés dans les différentes interfaces entre la surface et le noyau du silex. L’idée serait de mesurer à la fois la composition des éléments acquis et les modifications minérales ; deux points sur lesquels les outils précédemment utilisés n’apportent pas de véritables réponses.
Une fois ce premier pas franchi, nous pourrons faire le lien entre la chaîne évolutive des silex et un type d’évolution dans une échelle de temps mieux définie. L’identification de la succession des processus d’altération devrait permettre de mieux contraindre les modèles considérés.
Ce choix a été entériné par une réunion des membres du PCR : Il s’agit d’avancer dans la compréhension des mécanismes impliqués dans la réactivité des phases de SiO2 à chaque type d’itinéraire préalablement défini. L’objectif de notre demande est de mesurer les transformations partielles du réseau SiO2 et de caractériser les produits de réaction en évaluant le comportement du fer ou d’autres éléments présents comme impuretés dans la porosité héritée et/ou acquise.
La méthode expérimentale sera fondée sur l’échantillonnage de 10 spécimens de silex préparés sous la forme de lames minces non couvertes de 30µm et semi- épaisses de 300µm. Un total de 10 lames est disponible à ce jour. Ces lames minces ont été documentées au niveau pétrographique et minéralogique. Tous les échantillons de silex seront préparés afin d’avoir la possibilité d’effectuer des expériences en géométrie de transmission. Ces sections seront montées sur une translation XYZ DeepL afin d’effectuer une cartographie structurelle et chimique et de suivre toute évolution de la surface exposée jusqu’au cœur du matériau (~200 microns de longueur). Les cartes de fluorescence X et de diffraction des rayons X seront d’abord recueillies à la ligne de faisceau du DIFFABS, à l’aide d’un faisceau de rayons X de 5 à 7 microns de diamètre. Les spécificités de DIFFABS, avec une gamme d’énergie accessible de 4 à 20 keV, la possibilité de focaliser le faisceau jusqu’à quelques microns, et la disponibilité de détecteurs spécifiques pour la diffraction et la fluorescence le rendent bien adapté pour collecter des données de diffraction de haute qualité et accéder aux informations chimiques jusqu’au calcium avec la résolution spatiale nécessaire. Dix échantillons représentatifs de notre corpus de silex seront étudiés, et nous prévoyons d’utiliser 1 décalage par échantillon. Avec un peu plus de temps pour l’installation de la ligne de faisceau, nous demandons 4 jours (12 quarts de travail) de temps de faisceau sur DIFFABS.
Afin d’obtenir des informations chimiques complémentaires, une série d’échantillons sera mesurée sur la ligne de faisceau LUCIA. En particulier, nous ciblerons l’état de valence du Fe, ce qui indique un environnement sédimentaire et l’évolution du silex. Les lignes de faisceaux LUCIA offrent la possibilité d’obtenir des informations chimiques jusqu’à Mg, et d’effectuer la cartographie chimique avec un faisceau de ~3 microns. Cinq échantillons seront sélectionnés à partir du corpus mesuré au DIFFABS, et l’information structurelle et chimique déjà extraite de l’expérience DIFFABS sera utilisée pour rétrécir les régions d’intérêt et effectuer la cartographie de valence. Une demi-journée de mesure par échantillon est prévue, soit un total de 3 jours (9 passages) pour les cinq échantillons et la configuration des faisceaux et le changement de configuration.
En utilisant ces nouveaux outils, nous espérons extraire des informations sur la composition des interfaces modifiées par l’altération mais aussi identifier les phases héritées et/ou recristallisées, afin d’obtenir une signature spécifique à chaque type d’altération et probablement comme on le suppose pour un type de formation superficielle spécifique. Ce projet, s’il aboutit, contribuera à la mise en œuvre d’une nouvelle stratégie analytique visant à mieux déterminer la provenance des silex archéologique.