Archéologie-Méthodes de datation

Introduction

 

Description du sujet :

Le sujet que nous avons choisis d’aborder est l’archéologie, plus précisément les méthodes de datation. Il existe deux catégories de méthode de datation. La première étant relative, elle comprend la stratigraphie. La seconde étant absolue, elle compte la dendrochronologie, le carbone 14, la thermoluminescence, l’archéomagnétisme, la datation au potassium-argon, la datation à l’uranium-thorium, la datation par le couple rubidium-strontium et finalement, la résonance paramagnétique électronique. D’autre méthodes existent aussi, mais c’est seulement ceux qui sont énoncer ci-haut que nous aborderons. Nous avons déterminer que le principal lien entre les mathématiques et l’archéologie se trouvait dans les méthodes de datation scientifiques. En effet, vous constaterez, en écoutant notre présentation, que plusieurs méthodes font appels à des fonctions mathématiques, telle la fonction exponentielle ou encore la fonction à parties entières.

 

Raisons du choix :

L’archéologie, au cours du dernier siècle, à permis à l’homme de découvrir beaucoup plus d’informations au sujet de l’histoire de l’humanité. En effet, les archéologues ont trouvés des squelettes datant de plusieurs millions d’années et grâce aux méthodes de datation, ils ont pus connaître leur âge. Nous en connaissons très peu à ce sujet et sommes très curieuses d’en apprendre plus. Nous désirions aussi connaître le lien existant entre les mathématiques et l’archéologie, mieux comprendre l’utilité de ce que nous apprenons dans nos cours. 

 

Objectifs poursuivis :

Notre intérêt quant à l’archéologie est principalement de comprendre qu’il n’y a pas seulement une corrélation mais un lien réel entre les mathématiques et les méthodes de datation. Nous aimerions en apprendre davantage sur un sujet qui est inconnu à nos yeux. D’autant plus, nous avons pour objectif de réaliser une datation par nous-mêmes d’un objet quelconque lors de notre présentation orale. N3ous croyons que ce serait ainsi le meilleur moyen pour nous de comprendre la matière.

 

Explication de la démarche

 

Nous avons commencer par faire des recherches en ligne pour en savoir le plus possible sur notre sujet, de façon à nous monter un dossier que nous avons imprimer. À chaque fois que nous travaillions sur notre projet, nous nous référions à ce dossier. Nous avons commencer par rédiger notre introduction, en faisant par des raisons de notre choix ainsi que de nos objectifs poursuivis. Puis, nous sommes entrées dans le vif du sujet en vulgarisant et en expliquant dans nos propres mots chacune des méthodes de datation que nous avions choisi. Nous avons tenter de choisir ceux qui étaient le plus en lien direct avec les mathématiques, pour que notre recherche soit pertinente. Nous avons structuré notre travail de façon à ce que chaque aspect soit abordé de façon cohérente. Nous avons finalement écris notre conclusion, qui a probablement été la partie la plus facile de notre rapport.

 

En travaillant sur ce projet, nous avons rencontré certaines difficultés. Gérer le temps était probablement la principale !  Puisque le sujet était très scientifique, nous avons du vulgarisé et reformuler biens des notions pour que ce soit compréhensible pour tous et cela a été tout un défi. Nous avons probablement passé plus de temps à essayer de comprendre le fonctionnement de certaines méthodes de datation qu’à rédiger notre travail écrit.

 

Nous avons essayé d’être les plus stratégiques et efficaces que possible dans notre travail. Nous avons donc décidé de monter, au fur et à mesure que nous écrivions notre texte, un diaporama que nous utiliserons lors de notre présentation. De cette façon, nous avions l’impression de progresser plus vite.

 

Au cours de notre démarche, à chaque fois qu’une règle mathématique était énoncée, nous essayions de la comprendre et de l’expliquer à partir de nos propres connaissances. Nous avons défini chaque variable et paramètre, pour que ce plus compréhensible.

 

Présentation orale

 

Notre présentation est supportée par un diaporama que nous avons monté. Nous l’avons structuré afin que chaque point soit dis en ordre chronologique. Nous y avons inséré des images, pour que cela soit plus intéressant à visionner et pour supporter nos explications. Nous avons décidé d’abrégé notre travail un peu, et de faire ressortir seulement les aspects plus pertinents. Ainsi, c’est plus compréhensible pour les auditeurs et moins lourd à écouter. Nous avons joins à notre travail la version imprimer de notre présentation.

Conclusion

 

En choisissant les méthodes de datation comme sujet de recherche, nous voulions comprendre les liens entre l’archéologie et les mathématiques. Au cours de nos recherches, nous avons réalisé que les liens étaient beaucoup plus évidents que nous le croyions. Nous avons beaucoup aimé connaître concrètement comment les archéologues font pour dater les objets et nous avons aimé en savoir plus sur l’archéologie : cette recherche a approfondi nos connaissances. Par contre, nous avons eu un peu de difficulté à gérer notre temps et il était parfois assez difficile de comprendre les équations mathématiques avec lesquelles nous faisions affaire. Nous en avons beaucoup appris sur les méthodes de datation au cours de cette recherche, nous avons pu appliquer la matière que nous avions apprise en classe, comme par exemple, les fonctions exponentielles énoncées pour la datation au carbone 14. Nous avons aussi fait connaissance avec d’autres méthodes de datation tels la dendrochronologie, la datation potassium-argon et beaucoup d’autres. Nous avons aussi beaucoup apprécié daté par nous-mêmes un morceau de bois, cela nous a permis de concrétisé les connaissances que nous avons acquises dans notre recherche. Finalement, cette expérience a été, pour nous, fort enrichissante et nous espérons que ce fut de même pour vous. Nous pensons avoir réaliser notre principale objectif, qui était de comprendre le lien entre l’archéologie et les mathématiques et nous en sommes plutôt fières.

 

 

 

Deuxième partie (le contenu)

 

Datation

La datation sert principalement à déterminer l’âge d’un objet, d’un événement passé, d’un document, d’un fossile, d’une couche géologique ou même d’un niveau archéologique. Elle est très utile pour les archéologues.

 

Il existe deux grandes catégories de méthode de datation : absolue et relative.

 

Datation relative

La datation relative n’est pas la plus précise qui soit, mais elle est tout de même utile pour trouver l’ordre chronologique des événements géologiques ou biologiques passés. Elle consiste à interpréter visuellement les changements physiques qu’ont subit des roches ou encore de paysages au court des siècles. Il existe quatre principes liés au phénomène géologique : la superposition des strates, le recoupement des couches, le principe de continuité et le principe d’inclusion. 

 

La stratigraphie est une méthode de datation relative. Elle étudie la séquence des différentes couches géologiques ou strates. On s’en sert en archéologie car chaque couche géologique à ses propres caractéristiques et ont peut savoir d’environ quand remonte chacune de ces couches. Cette méthode repose sur quatre principaux principes. Premièrement, une couche est plus récente que celle qu’elle recouvre, deuxièmement, une couche est sensé être déposée horizontalement, si elle ne l’est pas, c’est parce qu’elle a subi des déformations suite à son dépôt. Aussi, les couches sont plus anciennes que les failles qui les recoupent. Finalement, un morceau de roche qui se retrouve dans une couche est plus ancien que la couche géologique elle-même. Bref, cette méthode de datation est utile pour les archéologues mais ce n’est pas la plus précise alors il ne la priorise pas.

 

Datation absolue

La datation absolue est beaucoup plus précise et beaucoup plus en lien avec les mathématiques que la datation précédente. En utilisant cette méthode, les archéologues obtiennent une date définit en chiffres, en année. En effectuant des recherches, nous avons trouvé qu’il existe quatre groupes de datation absolue qui sont les suivantes : la méthode basée sur les phénomènes radioactifs qui comprend les méthodes directes et isochrones, méthode basée sur les défauts cristallins, méthode basée sur des phénomènes de diffusion et la méthode basée sur des phénomènes cycliques.  

 

Méthode basée sur des phénomènes radioactifs

 

Le carbone 14 est fort probablement la méthode de datation ayant le lien le plus direct avec les mathématiques. C’est une méthode dite directe. On la représente facilement avec une fonction exponentielle correspondant à la règle : N(t)=a(c)^x + k. Dans la règle précédente, la variable dépendante n correspond au nombre d’atomes de carbone 14 présent dans l’organisme et la variable indépendante « t” représente le temps en années écoulées depuis la mort de la matière. Lors de la mort d’un organisme vivant, la quantité d’isotopes de carbone 14 diminue de façon exponentielle, c’est-à-dire qu’il en restera toujours une quantité dans le corps, même si celle-ci est infime. Par contre, après un certain temps, si la quantité est devenue trop petite, l’incertitude du résultat augmente considérablement.

 

La méthode au potassium-argon est quelque peut semblable à la précédente puisqu’elle est également directe. Elle consiste elle aussi en la mesure de la concentration d’isotopes présente dans une roche, soit le potassium et l’argon. Cependant, on peut seulement effectué ce procédé dans des laboratoires ultras spécialisés en spectrométrie de masse (par définition, la spectrométrie de masse est une technique par laquelle on identifie les molécules en mesurant leur masse respective). Selon nos recherches, la période radioactive de potassium serait d’environ 25 milliard d’années. Ainsi, par le biais de cette méthode, il nous est possible de dater tous les roches qui font parti de ce groupe d’âge avec une assez bonne précision. D’autant plus que la méthode potassium-argon permet également de dater les pierres volcaniques et métamorphiques. La formule qu’utilisent les scientifiques est la suivante :

 

 

 

 

De cette équation, nous déduisons que la variable « t” représente le temps (probablement en année) et que la variable “λ” représente le nombre d’isotopes total d’argon et de potassium. Aussi, nous constatons que le symbole « 40Ar” représente probablement la quantité d’isotope d’argon et que le symbole “⁴⁰K” celle d’isotope de potassium. Les crochets représentés dans cette formule nous prouve d’ailleurs que c’est une fonction à parties entières.

 

On dit que la datation à l’uranium-thorium fait partie des méthodes isochrones (isochrone signifie : qui se produit à des intervalles de temps égaux). Elles permet principalement de donner un âge à un organisme constitué de carbonate. La formation peut être d’origine animale (tel un corail) ou alors sédimentaire. L’uranium est un constituant naturellement soluble dans l’eau de mer. Dans ce milieu, sur les corail par exemple, l’uranium se désintègre, et peu à peu, se transforme en thorium. En faisant le rapport de la quantité de thorium par rapport à l’uranium présent dans le corps, on obtient une mesure de temps.

 

La dernière méthode basée sur des phénomènes radioactifs se nomme la datation au rubidium-strontium. On les retrouve, la plupart du temps, à l’état de traces dans des minéraux. Le rubidium est radioactif, c’est-à-dire qui dégage de l’énergie sous forme de divers rayonnements : des rayons alpha (α), des rayons beta (β) ou encore des rayons gamma (γ). Avec le temps, celui-ci se désintègre en strontium et cela entraîne l’émission d’un électron appelé bêta moins. Grâce à la chromatographie ionique, méthode par laquelle on utilise un mélange sous phase liquide pour dissocier les molécules électriquement chargées, il est donc possible pour les experts en laboratoire de séparer le rubidium du strontium. À partir de là, on peut ainsi calculer son âge grâce à la règle :

t = 1/λ × ln × (1+ a)

Dans cette équation, la variable « t” correspond au temps, la variable “a” correspond au rapport du potassium divisé par l’argon (Rb/Sr) et la variable “λ” correspond à la constante de désintégration propre au couple rubidium-strontium. Dans leur cas, celle-ci correspond à 1,42 × 10^-11.

 

Méthode basée sur les défauts cristallins

 

La thermoluminescence est une méthode qui peut être appliquée sur certains cristaux ayant été soumis à une température élevée. En effet, il nous est possible d’attribuer un âge à un objet, une poterie par exemple, en le soumettant de nouveau à une chaleur extrême. La quantité de lumière émise par l’objet nous renseigne donc sur le temps écoulé depuis le dernier chauffage. On pratique généralement cette méthode sur des terres de foyer, des fours, des laves ainsi que tout autre matériaux constitué de minéraux. La thermoluminescence est possible en partie grâce à la propriété qu’on certains minéraux d’accumuler sous forme d’énergie atomique (barite, calcite, célestine, danburite, fluorite et sphalérite en sont des exemples).

 

Méthodes basées sur des phénomènes cycliques

 

La dendrochronologie est une méthode par laquelle on attribue un âge à des pièces de bois ou encore aux herbacées. Grâce à cette technique, on peut également reconstitué les changements climatiques et environnementaux du passé. Un arbre grandit normalement lorsque que les conditions climatiques sont favorables, c’est-à-dire au printemps et aussi vers la fin de l’été. Il produit du bois et c’est par les vaisseaux qui conduisent la sève que sont tracée les anneaux de croissance vue de la coupe transversale. Lorsque l’on analyse un morceau de bois, on repère ses anneaux et on attribue à chacun d’eux une année. De plus, en analysant chaque cerne par la microchimie, on peut déterminer le niveau de concentration de polluants dans l’atmosphère pour chaque année.

 

La dernière méthode de datation absolue que nous aborderons dans ce document est l’archéomagnétisme. On l’utilise principalement sur des structure en terre cuite, comme le four ou des bâtiments de briques. Le principe est que les structure en argile « garde en mémoire » l’intensité et la direction du champ magnétique on moment de leurs fabrications. Grâce à ces données, on a pu, au cours des cinquante dernières années, tracé la courbe des variations directionnelle de certaines régions. En s’y référant, les archéologues peuvent donc daté les structures anciennes.