Laboratoire méditerranéen de préhistoire Europe Afrique Lampea

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Traitement thermique des silicifications sédimentaires [...] par Patrick Schmidt

[Soutenance de thèse]

Traitement thermique des silicifications sédimentaires, un nouveau modèle des transformations cristallographiques et structurales de la calcédoine induites par la chauffe

lundi 19 septembre à 14 heures
Paris : Institut de Paléontologie humaine

Cette thèse en "Minéralogie des matériaux de la Préhistoire" a été préparée au sein du Centre de spectroscopie infrarouge du département de Préhistoire du Muséum.

Jury
- M. Paul Dumas Synchrotron SOLEIL - Rapporteur
- M. Jean-Claude Boulliard UPMC - Rapporteur
- M. Nicholas J. Conard Allemagne - Examinateur
- M. Bernard Capelle UPMC - Examinateur
- M. Ludovic Bellot-Gurlet UPMC - Examinateur
- Mme. Marie-Hélène Moncel MNHN - Examinatrice
- M. François Fröhlich MNHN - Directeur de thèse

Résumé

Le traitement thermique intentionnel des roches siliceuses, afin d’en améliorer la qualité pour la taille constitue un élément clef dans la discussion autour de la modernité culturelle des hommes du Paléolithique. Les vestiges lithiques sont les seuls témoins restant de ce procédé et la compréhension des propriétés et transformations de la matière est essentielle pour la reconstruction des gestes mis en œuvre lors du traitement thermique. Afin de comprendre les modifications induites par la chauffe, plusieurs modèles sont proposés dans la littérature récente, le plus répandu postulant des recristallisations.
La plupart de ces modèles sont contradictoires et en désaccord avec les données cristallographiques et structurales sur la calcédoine. Dans le présent travail, un protocole expérimental visant à reproduire la chauffe sous différentes conditions (température, vitesse, durée) de plusieurs types de silex est mis au point et un ensemble cohérent de techniques analytiques pour l’étude des transformations est adopté. Ces techniques incluent parmi d’autres la spectroscopie infrarouge et Raman, la résonance magnétique nucléaire, la diffraction des rayons X, et les techniques microscopiques. Les résultats de cette étude permettent de proposer un nouveau modèle des transformations induites par la chauffe.
Les modifications des propriétés mécaniques observées résultent de la perte de groupements silanol (SiOH) et la formation de nouvelles liaisons Si O Si selon la réaction : Si-OH HO-Si → Si O Si + H2O. Cette réaction démarre entre 200°C et 300°C et aboutit à un durcissement des roches. La vitesse de chauffe et la température maximale dépendent de la capacité d’évacuation de l’eau liquide produite par cette réaction et varient en fonction du volume des pièces ainsi que de l’état de leur porosité. Concernant la durée de chauffe, les résultats suggèrent que, une fois la température maximale atteinte, des périodes relativement courtes (< 50 min) suffisent pour achever ces transformations au sein de la roche. Ce modèle permet également de proposer une nouvelle technique non-destructive/non invasive (utilisant un microscope infrarouge) permettant la reconnaissance du traitement thermique.