Création du RenDaL : Centre Rennais de Datation par Luminescence

La région Bretagne, Rennes Métropole et le CNRS financent la création d’un laboratoire de géochronologie au sein de l’OSUR
Vue du site de Beg-er-Vil, en cours de fouille par l’équipe de G. Marchand (CReAAH).

Guillaume Guérin, chercheur CNRS lauréat de l’ERC, a été affecté le 1er novembre 2020 à Géosciences Rennes pour y mener ses travaux de recherche. Au sein de l’OSUR, il souhaite développer un laboratoire de datation par luminescence, non seulement pour poursuivre ses recherches sur les spécificités des Néandertaliens (objet d’un projet ERC « Starting Grant » dont il est porteur et qui a débuté au 1er janvier 2011) mais également pour ajouter une méthode de géochronologie dans le paysage breton de la recherche. Au sein de l’OSUR, plusieurs méthodes de datation sont déjà disponibles, mais aucune ne couvre cette gamme de temps (de quelques années à plusieurs centaines de milliers d’années dans le passé).

Les applications de la datation par luminescence sont en effet très diverses et permettront d’abonder nombre de programmes de recherche portés au sein de l’OSUR – à Géosciences Rennes et au CReAAH notamment – mais également à l’Université de Bretagne Sud et à l’Université de Bretagne Occidentale.

L’arrivée de Guillaume et de ses compétences permet ainsi de renforcer la dynamique de recherche et les synergies entre unités de l’OSUR et au-delà, et en particuliers entre universités bretonnes (Université Rennes 1, Université de Bretagne Sud et Université de Brest) dans les domaines des géosciences et de l’archéologie, ainsi qu’à leurs interfaces. Ainsi, le laboratoire de datation par luminescence renforcera la structuration du paysage de la recherche à l’échelle de la métropole rennaise et de la région Bretagne.

La luminescence est une émission de lumière résultant de la recombinaison d’un électron et d’un trou (ou absence d’électron) dans un solide cristallin tel que le quartz ou les feldspaths. Les électrons sont mis en mouvement par une exposition à la lumière et par la radioactivité ambiante. Ainsi, ce phénomène physique permet par exemple de dater les dépôts sédimentaires en déterminant la dernière exposition du quartz à la lumière, ou encore de dater l’exposition à la lumière de parois rocheuses. De nouvelles applications permettent également d’étudier par thermochronométrie le refroidissement des roches lorsqu’elles approchent de la surface de notre planète, et ainsi d’étudier les liens entre tectonique, érosion et climat.

Le projet consistera dans un premier temps à acquérir et installer un laboratoire de datation par luminescence. Une fois l’équipement opérationnel, les objets d’étude pourront être scindés en deux grandes catégories : ceux répondant aux problématiques des géosciences et ceux relevant également de recherches en archéologie, essentiellement préhistorique.

Des collaborations existent déjà entre Guillaume Guérin et Grégor Marchand (CReAAH, Rennes, sur le site de Beg-er-Vil sur la presqu’ile de Quiberon), où l’avancée de la dune est venue recouvrir l’exceptionnel site d’occupation mésolithique. Nombres de sites mésolithiques sont actuellement mis au jour par l’érosion marine (notamment à Hoedic), il est évident que les besoins rencontrés à Béniguet seront identiques ailleurs en Bretagne. De même, sur une période plus récente les datations sur l’île de Béniguet ont permis à l’équipe dirigée par Pierre Stephan (Geomer, Université de Bretagne occidentale) de mieux comprendre les alternances d’occupations humaines et de dépôts dunaires stériles dans l’archipel de Molène. A l’heure actuelle, un projet ANR intitulé "Géoarchéologie et Préhistoire des sociétés Atlantique" est en cours de montage, co-porté par G. Marchand et P. Stephan ; il portera sur l’évolution du trait de côte et les adaptations des sociétés vivant sur le littoral durant l’Holocène (l’ère actuelle) ; dans ce cadre, des datations par luminescence des sédiments marins, et notamment des cordons dunaires, viendront contribuer à une meilleure évaluation des dynamiques des interactions hommes-milieux.

De même, des collaborations existent déjà entre Guillaume Guérin et Nicolas Naudinot (membre associé au CReAAH) sur le site du Rocher de l’Impératrice (Plougastel-Daoulas). Ce site, d’une grande richesse archéologique, a notamment livré des plaquettes gravées datant de l’Azilien, uniques vestiges de l’art paléolithique breton. La luminescence est mise à profit pour plusieurs objectifs sur ce site : tout d’abord, des échantillons de sédiments ont été prélevés dans différents niveaux archéologiques en vue de dater la succession des dépôts. Ensuite, des fragments de rochers effondrés de la paroi surplombant le site font l’objet de datation d’exposition de surface des roches ; il s’agit notamment d’évaluer la date d’effondrement de ces blocs sur les niveaux anthropiques et ainsi savoir à partir de quand les niveaux archéologiques ont été protégés, mais aussi d’expliquer cet effondrement massif (en lien éventuel avec un événement sismique). Enfin, la luminescence permet également d’aborder la chauffe des minéraux étudiés ; au Rocher de l’Impératrice ont en effet été découvertes des sortes de poches de sédiment sombre contenant des résidus de cendres, qui pourraient ressembler à des zones de combustion un peu particulières, ou correspondre à des zones de rejets de cendres correspondant à des vidanges de foyers. Déterminer si les minéraux ont été ou non chauffés permettra d’avancer sur cette question. Par ailleurs, un projet ANR co-porté par N. Naudinot est en cours de montage sur les relations entre hommes préhistoriques et animaux durant le tardiglaciaire (dernière période du dernier cycle glaciaire, qui a vu le climat se réchauffer progressivement sur la planète jusqu’à atteindre les températures actuelles) sur la façade atlantique. Ici encore, la compréhension des interactions Hommes-environnement en périodes de changements climatiques, sur la période précédant directement celle mentionnée au paragraphe précédent, permettra une approche diachronique de la question sur le littoral atlantique.

Enfin, de nombreux travaux ont déjà fait travailler ensemble Guillaume Guérin et Marine Laforge (membre associée au CReAAH), notamment sur le site de Menez Dregan, à Plouhinec (baie d’Audierne). Ce site est notamment connu pour l’ancienneté des occupations documentées (200-300 000 ans avant le présent) dans la région, mais aussi – fait exceptionnel – pour l’utilisation du feu. A l’heure actuelle, l’utilisation du feu pour des périodes aussi lointaines reste très peu documentée et le débat continue sur la maîtrise, ou non, de la pyro-technologie chez les hommes dits pré-modernes (Néandertaliens, Homo Erectus, etc.). Au-delà de ce site, Marine Laforge travaille en archéologie préventive (Eveha) et a demandé de nombreux devis pour des datations de sédiments à Guillaume Guérin ; de même, l’INRAP (Institut National de Recherches Archéologiques Préventives) mais aussi les collectivités territoriales sollicitent régulièrement des datations par OSL.

En ce qui concerne les géosciences, les travaux n’ont pas encore été engagés, puisque Guillaume travaillait jusqu’à présent dans une unité de recherche dédiée à l’archéologie. Cependant, dans la communauté internationale de datation par luminescence, la grande majorité des applications concernent la géomorphologie, l’évolution des paysages, les flux de sédiments, etc. La France a ceci de spécial dans le paysage international que le plus gros laboratoire (on pourrait presque dire le seul) de luminescence français (l’IRAMAT à Bordeaux) travaille exclusivement sur les problématiques archéologiques ; de fait, depuis de nombreuses années la communauté INSU (Institut National des Sciences de l’Univers du CNRS) alerte sur les besoins en datation par luminescence ; c’est en effet la seule méthode permettant de dater des matériaux ubiquistes sur la surface de la Terre pour des périodes allant de quelques années à plusieurs centaines de milliers d’années. 

Ainsi, plusieurs thématiques de recherche à Géosciences Rennes bénéficieront directement de la création d’un laboratoire de datation par luminescence : les recherches en tectonique, et notamment les effets de la paléosismicité sur les sociétés préhistoriques, pourraient ainsi faire le lien entre Géosciences Rennes et le CReAAH. Un exemple consisterait à tester l’hypothèse selon laquelle des mégalithes situés le long de la faille armoricaine pourraient être couchés du fait de tremblements de terre passés particulièrement intenses. Par ailleurs, l’évolution des paysages pourra être abordée via la datation d’exposition de surface de rochers de plusieurs tonnes dans les lits de rivière – à quelles fréquences des objets aussi lourds sont-ils mis en mouvement ? Lors de quels événements naturels ? – mais aussi au travers de la thermochronométrie par luminescence. En effet, là encore la luminescence offre une gamme d’étude inatteignable par les méthodes « classiques » telles que U/Th, Ar/Ar ou He3/He4 déjà développées ou en voie de développement à Rennes. L’étude des liens entre processus géodynamiques et climat, étudiés notamment dans le delta de l’Okavango (Botswana) par une équipe de Géosciences Rennes, bénéficiera également de données chronologiques pour mieux comprendre les interactions entre soulèvement tectonique, climat et biosphère au travers de l’étude d’îles fluviatiles occupées par des termites. Un projet de datation d’une carotte de sédiments marins de la plateforme continentale au large de l’Équateur est également à l’étude, en collaboration avec J.-N. Proust. Enfin, Géosciences abrite également un important pôle de développement d’outils de modélisation chronologique dans un formalisme bayésien autour du logiciel Chronomodel. La luminescence fournit des données qui pourront être intégrés dans les modèles implémentés dans ce logiciel.

Figure 2. La côte nord de l’Equateur est une zone de subduction soumise à un fort risque sismique. L’analyse et la datation fines des sédiments marins permettra de reconstituer les mouvements ayant conduit au cours du Pléistocène au fort couplage interplaque observé et donc à mieux appréhender ce risque.

Figure 2. La côte nord de l’Equateur est une zone de subduction soumise à un fort risque sismique. L’analyse et la datation fines des sédiments marins permettra de reconstituer les mouvements ayant conduit au cours du Pléistocène au fort couplage interplaque observé et donc à mieux appréhender ce risque.

Enfin, d’importantes pistes de recherche sont envisagées avec des collègues les Universités de Brest (voir travaux avec Pierre Stephan ci-dessus sur l’évolution du paysage littoral) et de Bretagne Sud. La luminescence permettrait en effet de mieux comprendre l’évolution des systèmes dunaires : par exemple à Ploemeur dans le Morbihan, mais aussi dans la baie de Saint-Brieuc – où de nombreuses occupations néandertaliennes sont recensées et mériteraient d’être datées. Ces travaux, à travers l’étude et la cartographie des zones régulièrement recouvertes par l’avancée de la mer dans le passé lors d’épisodes de montée des eaux, pourront également être mise à profit pour la gestion des risques en milieu côtier.

Luminescence émise par des grains de sédiments (ici stimulée avec un faisceau d'électrons). La datation par OSL (Luminescence Stimulée Optiquement) consiste à mesurer la luminescence émise lors d'une stimulation optique : plus le signal est intense et plus l'échantillon est ancien. L'évènement daté est alors la dernière remise à zéro du signal, typiquement lors de l'exposition à la lumière durant le transport des sédiments. Figure 3 : Luminescence émise par des grains de sédiments (ici stimulée avec un faisceau d'électrons). La datation par OSL (Luminescence Stimulée Optiquement) consiste à mesurer la luminescence émise lors d'une stimulation optique : plus le signal est intense et plus l'échantillon est ancien. L'évènement daté est alors la dernière remise à zéro du signal, typiquement lors de l'exposition à la lumière durant le transport des sédiments.