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Investigations  sur  l’effet  de  la  vitesse  de  refroidissement

3.   Protocole  expérimental

3.  Protocole  expérimental  

  Deux   à   trois   échantillons   cylindriques   de   diamètre   standard   (18mm)   ont   été   préparés  par  briquette.  Pour  le  petit  four  11369A,  l’axe  z  des  échantillons  correspond  à   l’épaisseur   de   la   briquette   et   l’axe   x   est   défini   par   sa   longueur.   Les   échantillons   des   briquettes   du   grand   four   11369B   ont   été   repérés   en   fonction   de   leur   orientement   en   place.   Les   aimantations   rémanentes   naturelles   (ARN)   ont   été   mesurées   au   magnétomètre  cryogénique  2G  ou  au  magnétomètre  spinner  Molspin.  La  susceptibilité   en   champ   faible   de   chaque   échantillon   a   été   mesurée   au   susceptibilimètre   Bartington   MS2.  

 

3.1  Minéralogie  magnétique  

Pour   chaque   four,   des   fragments   de   treize   briquettes   ont   été   soumis   à   des   analyses  de  variation  de  la  susceptibilité  en  fonction  de  la  température  (analyses  KT)  au   susceptibilimètre   KLY3-­‐CS3.   La   susceptibilité   a   été   mesurée   lors   de   la   chauffe   jusqu’à   675°C   pour   le   petit   four   11369A   et   620°C   pour   le   grand   four   11369B,   puis   lors   du   refroidissement   consécutif.   Treize   échantillons   du   four   11369A   et   quatorze   du   four   11369B  ont  été  désaimantés  par  champ  alternatif,  afin  d’estimer  la  coercivité  des  grains   ferromagnétiques   porteurs   de   l’aimantation.   Pour   compléter   ces   analyses,   une   acquisition  d’aimantation  rémanente  isotherme  (ARI)  a  été  menée  pour  dix  échantillons   du   four   11369A   et   huit   du   four   11369B  :   les   échantillons   ont   d’abord   été   soumis   à   un   champ  de  2,5T,  puis  à  des  champs  de  sens  opposé  (en  l’occurrence  parallèles  à  l’axe  –z   des  échantillons)  d’intensité  progressive  entre  10mT  et  2,5T.  Une  courbe  d’hystérésis  a   été  également  acquise  pour  quatre  briquettes  de  chaque  four  (6,  8,  20  et  22  pour  le  four   11369A  et  1,  3,  17  et  21  pour  le  four  11369B)  :  les  courbes  d’hystérésis  ont  été  obtenues   entre  -­‐1  et  1T  avec  l’AGM2900  de  Princeton  Measurements  Corporation  du  laboratoire   LSCE  à  Gif/Yvette.  

3.2  Protocole  de  Thellier-­‐Thellier  

  Le   protocole   classique   de   Thellier-­‐Thellier   (Thellier   et   Thellier,   1959)   a   été   réalisé  dans  les  fours  «  maison  »  du  laboratoire  de  Rennes  pour  17  échantillons  du  petit   four   11369A   et   18   échantillons   du   grand   four   11369B.   Le   champ   magnétique   d’une   intensité  de  60µT  a  été  appliqué  selon  l’axe  z  des  briquettes  lors  de  chaque  chauffe  et   chaque  refroidissement.  L’intensité  du  champ  du  laboratoire  a  été  choisie  à  60µT  plutôt   que   43µT,   pour   avoir   des   conditions   d’expérimentation   proches   des   analyses   sur   les   matériaux   archéologiques,   pour   lesquels   l’intensité   du   champ   au   moment   de   l’acquisition  de  l’aimantation  n’est  pas  connue.  Les  échantillons  des  briquettes  du  four   11369A   ont   été   soumis   à   14   paliers   de   température   entre   100   et   650°C   et   ceux   des   briquettes   du   four   11369B   à   11   paliers   entre   100   et   555°C.   Pour   vérifier   l’absence   d’évolution   minéralogique   en   cours   de   chauffes,   des   bouclages   (pTRM   checks)   ont   été   réalisés   tous   les   deux   paliers   de   température.   La   susceptibilité   en   champ   faible   a   également  été  mesurée  après  chaque  chauffe.  

  Le   tenseur   d’anisotropie   d’aimantation   thermorémanente   a   été   estimé   à   530°C   pour  l’ensemble  des  échantillons.  Six  ATR  ont  été  successivement  acquises  selon  les  axes   +z,  -­‐z,  +x,  -­‐x,  +y  et  –y  des  échantillons  (Chauvin  et  al.,  2000).  Un  bouclage  a  finalement   été  réalisé  selon  +z  pour  détecter  les  éventuelles  évolutions  minéralogiques.  

 

3.3  Correction  de  la  vitesse  de  refroidissement  

  La  correction  de  vitesse  de  refroidissement  est  généralement  estimée  par  quatre   acquisitions  d’ATR  successives  à  la  même  température  (Gomez-­‐Paccard  et  al.,  2008)  :  

-­‐ La   première   ATR,   nommée   ATRr+   est   acquise   lors   d’un   refroidissement   rapide   (environ  1,5  heures)  avec  un  champ  appliqué  selon  +z.  

-­‐ La   deuxième   ATR,   ATRr1-­‐,   est   acquise   lors   d’un   refroidissement   rapide   avec   le   champ  appliqué  selon  –z.  

-­‐ La  troisième  ATR,  ATRl+,  est  acquise  lors  d’un  refroidissement  lent  avec  le  champ   appliqué  selon  +z.  

-­‐ Enfin,   la   quatrième   ATR,   ATRr2-­‐,   est   acquise   dans   les   mêmes   conditions   que   ATRr1-­‐,   pour   mettre   en   évidence   les   éventuelles   évolutions   minéralogiques   lors   du  refroidissement  lent.  

Le  facteur  de  correction  de  la  vitesse  de  refroidissement  Fcorr  est  obtenu  par  la  relation  :                                                                                                      [2.1]   La  facteur  d’évolution  Fevol  lors  de  l’expérimentation  est  calculé  suivant  :  

                                                                                               [2.2]   La  correction  de  vitesse  de  refroidissement  est  appliquée  si  Fcorr  est  supérieure  à  Fevol  en   valeur  absolue  (Gomez-­‐Paccard  et  al.,  2008).  

 

Tester  différentes  vitesses  de  refroidissement  

  Différentes  vitesses  de  refroidissement  ont  été  testées  avec  le  protocole  présenté   ci-­‐dessus   lors   du   dernier   palier   de   température,   c’est-­‐à-­‐dire   555°C   pour   le   grand   four   11369B   et   650°C   pour   le   petit   four   11369A.   A   ces   paliers   de   température,   les   échantillons  sont  en  moyenne  désaimantés  à  90%  de  leur  ARN  initiale.  

  Pour   le   four   11369B,   les   refroidissements   lents   ont   été   réalisés   à   des   taux   linéaires   successifs   de   0,8°C/min   (soit   un   refroidissement   sur   environ   10   heures),   0,4°C/min  (environ  19  heures),  0,2°C/min  (environ  38  heures)  et  0,1°C/min  (environ  76   heures).  Ce  dernier  taux  se  rapproche  du  refroidissement  «  archéologique  »  initial.     Deux  taux  linéaires  ont  été  utilisés  pour  le  petit  four  11369A,  0,8°C/min  (environ   12  heures),  qui  se  rapproche  le  plus  du  refroidissement  initial  et  0,4°C/min  (environ  23   heures).   Un   troisième   refroidissement   lent   sur   12   heures   a   été   effectué   en   suivant   la   décroissance   exponentielle   de   la   température   observée   pendant   le   refroidissement   initial.  Cet  ajustement  a  été  réalisé  en  mesurant  la  température  en  continu  dans  le  four   et  en  diminuant  progressivement  le  taux  de  refroidissement.  

  Fcorr = 100 . ATRr+ (ATRl+ - ATRr+) Fevol = 100 . ATR r1-(ATRr2- - ATRr1-)

Tester  l’effet  de  la  vitesse  de  refroidissement  à  différentes  températures  

  Après   un   cycle   chauffe-­‐refroidissement   en   champ   nul   à   la   même   température   (555°C  ou  650°C),  les  échantillons  ont  été  chauffés  à  des  températures  inférieures,  pour   tester  la  variation  de  l’effet  de  vitesse  de  refroidissement  en  fonction  de  la  température.   A  chaque  palier,  deux  étapes  seulement  ont  été  réalisées  :  une  première  étape  rapide  et   une   seconde   étape   avec   un   refroidissement   lent,   linéaire   et   constant   fixé   à   0,8°C/min.   Aucun   bouclage   n’a   été   réalisé   après   ces   étapes,   comme   les   échantillons   avaient   été   chauffés  à  des  températures  supérieures  lors  des  tests  précedents.  

  Ce  protocole  a  été  réalisé  à  350,  430  et  500°C  pour  le  grand  four  11369B  et  à  385,   500   et   580°C   pour   le   petit   four   11369A.   Pour   chaque   four,   l’effet   de   vitesse   de   refroidissement  aura  donc  été  testé  à  quatre  températures  différentes.