Développement d'un dispositif d'analyses par faisceaux d'ions de haute énergie et application en archéométrie

Ma thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet global de mise au point de techniques permettant les analyses nécessaires dans les différentes théma- tiques mises en pratique au Centre Européen d’Archéométrie : Matière picturale, bois et pierre et arts du feu.

Mon choix s’est porté sur l’utilisation des faisceaux de particules α de haute énergie-haute résolution pour la caractérisation élémentaire et quan- titative de matériaux par les méthodes d’analyses de faisceaux d’ions.

Cette orientation, dans la continuité de mon travail de mémoire, a été choisie pour différentes raisons :
• la présence d’un matériel spécifique au laboratoire de Liège (cyclotron) ;
• la possibilité d’une utilisation simultanée des trois méthodes complémentaires par faisceaux d’ions (Particle Induced X-ray Emission / Particle Induced Gamma-ray Emission / Rutherford Backscattering Spectroscopy) pour permettre un gain de temps d’analyse (protection des objets).

Le choix des faisceaux de particules α exigeant une augmentation de l’énergie des particules incidentes utilisées pour des analyses en profondeur des échantillons par la méthode RBS, il fallait adapté la méthode PIXE aux hautes énergies (faisabilité, existence d’un intérêt supplémentaire, précision et fiabilité des résultats obtenus).

Mon travail de thèse présente donc successivement :

• dans la première partie :
– les différentes méthodes d’analyse par faisceaux d’ions employées au laboratoire de Liège, leurs limites, leurs avantages et un exemple d’application pour chacune d’elles.

• dans la deuxième partie :
– le matériel disponible, et les développements réalisés (dans le cadre du projet global) pour la mise en œuvre des méthodes par faisceaux d’ions au laboratoire de Liège :
– la ligne de transport direct.
– la ligne de transport analysé.
– les zones de travail associées.
– la chambre de mesure des sections efficaces de production de rayons X.

• dans la troisième partie :
– le travail réalisé en collaboration entre l’IPNAS et le HZDR (Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf) afin de mettre au point des stratégies de calibration des détecteurs associés aux méthodes par faisceaux d’ions (PIXE-PIGE-RBS) en faisceaux extraits.

• dans la quatrième partie :
– l’intérêt de l’utilisation de faisceaux de particules α de haute énergie pour les analyses de cibles minces ou épaisses dans le cadre de la méthode PIXE.
– la comparaison des résultats obtenus par cette méthode sur des échantillons similaires :
– d’une part à “basse énergie” dans le cadre d’une collaboration avec le C2RMF de Paris.
– d’autre part à “haute énergie” au sein de l’IPNAS.

• dans la cinquième partie :
– les modèles théoriques de sections efficaces d’ionisation et la méthode mise au point pour la mesure des sections efficaces de production de rayons X avec des particules α de haute énergie.
– les résultats obtenus sur des cibles minces élémentaires et leurs dis- cussions par rapport aux résultats théoriques et de référence.

Une conclusion générale évaluera l’intérêt des techniques développées et introduira des perspectives pour le futur.