Caractérisation thermique de structures de combustion par les effets de la chauffe sur les minéraux : thermoluminescence et propriétés magnétiques de foyers de la grotte des Fraux (Dordogne).

The study of the combustion structures, which are a remaining evidence of the human occupation, can give information about the way of occupation of a site. In this research we decided to complete the classical approaches of combustion structures generally based on typological description of hearths, frequency of fires, nature of fuel, etc. by a a thermal characterisation. This study deals with the thermal impacts recorded by the fired sediment. More precisely, the modifications of both thermoluminescence (TL) and magnetism properties with heating were investigated.The laboratory-site is the cave of Les Fraux (Dordogne, France) which was occupied in the Bronze Age. The archaeologists were wandering about the function and the way of occupation of this cave because of the existence of both domestic vestiges (archaeological occupation grounds, hearths, and ceramics) and symbolic evidences (rock art and votive ceramic deposition). A specific study of the combustion structures had started considering the significant number of hearths, more than sixty, and their importance in the human occupation. In addition, as the cave remained closed since the Bronze Age, the hearths are in an excellent state of conservation and that is an important point for our archaeometric study. The thermal characterisation of some hearths from the cave of Les Fraux firstly consisted in studying the paleothermometer potential of two properties: the thermoluminescence of quartz grains and the magnetism of iron oxides taken from the sediments. The TL paleothermometer was established by comparing TL signals of samples from archaeological hearths and those of thermal references heated in laboratory. Two properties were explored for the magnetic paleothermometer: the unblocking temperatures of the remanent magnetization and the evolution of magnetic signature (mineralogy and grain size) with heating. The paleotemperatures determined for the sediment of the hearths give a first information about the heating intensity of fires.Then experimental fires were carried out to calibrate paleothermometric data in quantity of energy and wood consumption, to check the suitability of laboratory thermal references, and to characterise the process of heat transfer inside the sediment. Finally, a numerical modeling of heat propagation within the sediment was implemented from temperatures recorded during fire experimentations. Numerical simulations performed in this model allowed us to estimate a minimal duration of functioning of the combustion structures.A novel tool for the thermal characterisation of combustion structures is then available.Les structures de combustion constituent un témoin de la fréquentation humaine et leur étude permet d’appréhender un aspect du mode d’occupation d’un lieu donné. Ainsi, pour compléter les approches classiques qui s’intéressent à la typologie des foyers, à la fréquence des feux, à la nature des combustibles, etc., une caractérisation thermique de ces structures a été proposée. Elle s’appuie sur les impacts thermiques enregistrés par les sédiments soumis aux feux et plus précisément sur les modifications des propriétés de thermoluminescence (TL) et de magnétisme avec la chauffe.Le site-laboratoire est celui de la grotte de Fraux (Dordogne), occupée à l’Âge du bronze, dont le statut et le mode d’occupation pose question puisqu’elle présente tant des vestiges domestiques (sols de circulation, foyers, mobiliers) que des vestiges symboliques (manifestations pariétales, dépôts de mobilier). La place importante des foyers parmi ces vestiges a induit une étude spécifique de ces structures. En effet, ce site recèle plus d’une soixantaine de structures de combustion et, aspect important pour notre approche archéométrique, présente un état de conservation exceptionnel puisque la grotte est restée fermée depuis l’occupation de l’Âge du bronze.L’étude de certains foyers de la grotte des Fraux a permis de tester le potentiel de paléothermomètres fondés sur ces deux propriétés indépendantes à savoir la TL des grains de quartz et le magnétisme des oxydes de fer contenus dans les sédiments. Le paléothermomètre TL a été élaboré en comparant les signaux TL d’échantillons provenant de foyers archéologiques à ceux de références thermiques chauffées en laboratoire. Pour le magnétisme deux pistes ont été exploitées : les températures de déblocage de l’aimantation rémanente et l’évolution de la signature magnétique -minéralogie et taille de grain) avec la chauffe. La détermination des paléotempératures atteintes par les sédiments substrats des structures de combustion apporte une première indication sur leur intensité de chauffe. Afin d’étalonner ces informations paléothermométriques en termes d’énergie mise en jeu, des feux expérimentaux ont été réalisés. Ils ont permis de comparer les impacts thermiques entre feux archéologiques et feux expérimentaux, de construire un échantillonnage d’histoire thermique connue, mais aussi d’estimer les températures atteintes, les épaisseurs de sédiments affectés, les quantités de combustibles consommés pendant un temps donné, la quantité d’énergie dégagée par la combustion… Ces expérimentations ont aussi servi de base à une modélisation de la propagation de la chaleur dans les sédiments. Les simulations effectuées dans ce modèle numérique permettent alors d’estimer un temps minimal de fonctionnement des structures de combustion.Nous disposons ainsi d’un nouvel outil pour la caractérisation thermique de foyers archéologiques