Caractérisation et modélisation d'objets archéologiques en vue de leur datation par des méthodes paléo-dosimétriques : simulation des paramètres dosimétriques sous Geant4

Abstract

Les méthodes paléodosimétriques permettent d’obtenir l’âge de certains matériaux de nature minérale qui se comportent comme des dosimètres naturels, l’âge étant alors donné par le rapport de la dose accumulée depuis l’événement à dater, au débit de dose naturel auquel l'échantillon a été soumis. La détermination du débit de dose repose le plus souvent sur des modèles simples, qui seuls permettent des calculs explicites, mais ces modèles ne reproduisent que très imparfaitement la diversité des situations rencontrées. La modélisation informatique permet d’envisager des modèles plus complexes et plus réalistes, qui conduisent à simuler numériquement le débit de dose. Dans ce travail, la boite à outils Geant4, qui permet de simuler les interactions particule-matière selon la méthode de Monte-Carlo, a été utilisée pour créer des modèles complexes, ainsi que des outils de modélisation accessibles et adaptables aux différents types d'échantillons et situations dosimétriques. Des simulations ont tout d'abord été faites à partir de modèles basiques afin d'étudier l’origine des variations du débit de dose dans des sédiments, mettant en évidence les limites des modèles simples utilisés couramment. Ces informations ont permis d'orienter le développement d'outils de modélisation basés sur les codes de Geant4, et aussi de préciser les protocoles d'analyse des échantillons permettant de réunir les données nécessaires aux simulations numériques. Le programme DosiVox permet de modéliser simplement une grande variété d'échantillons grâce à une représentation voxélisée de l’objet et de son environnement, et de simuler la radioactivité pour calculer la distribution spatiale du débit de dose. Il a été développé dans une optique d'accessibilité et d'usage courant. Des comparaisons avec des situations dosimétriques préalablement étudiées, ou mesurées, ont montré la pertinence des modélisations, et les possibilités de cet outil informatique sont exposées au travers d’une série d'exemples et d'applications. La caractérisation de la distribution des débits de dose bêta dans les sédiments hétérogènes constitue l'une des problématiques les plus complexes à traiter. En plus d'une étude destinée à évaluer le potentiel de DosiVox à considérer ces situations, le programme DosiSed a été développé pour modéliser spécifiquement des ensembles polyminéraux de grains. Cet outil a permis d'étudier l'hétérogénéité du débit de dose dans des échantillons réels, ainsi que d'inclure certains résultats dans une problématique de datation.