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Quel est le principe de la datation au carbone 14 ? Suggérer par mail

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"Quel est le principe de la datation au carbone 14 ?

Y a-t-il d'autre méthodes du même type pour mesurer l'âge des objets archéologiques ?"

 

Tout d'abord, qu'est ce que le carbone "14" ?

 Quand on parle du carbone, on désigne a priori au Carbone 12, le plus courant.

Il est constitué de 6 électrons tournant autour d'un noyau de 6 neutrons et 6 protons (6+6=12 éléments dans son noyau d'où le nom de carbone 12).

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 Mais, il existe deux autres "formes" de Carbone, que l'on appelle ses isotopes : le Carbone 13 et le Carbone 14.


Chacun de ces isotopes comporte 6 protons dans son noyau (sinon, ce ne serait plus du carbone...) mais le Carbone 13 a 7 neutrons et le Carbone 14 en a 8.


Chacun a aussi 6 électrons, mais ce n'est pas ce qui importe ici.

 

 

Dans la nature, on trouve 98,89% de Carbone 12, 1,1% de Carbone 13 et 1,2.10-12 % de carbone 14.

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Naissance du Carbone 14 ...


Le carbone 14 est issu de l'azote de l'air qui entre en collision avec les neutrons créés dans l'atmosphère par les rayons cosmiques. Cette réaction de formation du carbone 14, établie en 1946 par Willard Franck Libby en 1946, est la suivante : un neutron frappe un atome d'azote (noté "N", qui a 7 protons, 7 neutrons), il rentre dans le noyau et en expulse un proton, si bien qu'au final, il reste un atome de carbone, avec 6 protons et 8 neutrons, et un proton qui se "promène tout seul".
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Sa vie, son oeuvre ...


L'atome de Carbone 14 poursuit sa petite vie. En particulier, il peut s'oxyder pour former une molécule de CO2. Tôt ou tard, il a donc une chance de s'installer dans le cycle de la vie en étant avalé par un organisme vivant ... et fera désormais partie.


Oh, il n'est pas seul ... il en va ainsi de millions de ces molécules de CO2 un peu particulières contienant du carbone 14 ...


Fin de l'histoire ? Et bien, non ! Car, le carbone 14 est instable. Cela veut dire que son état "normal" n'est pas d'avoir 8 neutrons, mais 6 seulement. Donc, fatalement, il redeviendra un Carbone 12 un jour ou l'autre en perdant ces 2 neutrons.

Son retour à l'état de carbone 12 ...


En fait, comme tous les noyaux trop riches en neutrons, il est ce qu'on appelle "radioactif Béta moins". Cela veut dire que, dans le noyau, l'un des neutrons se transforme en proton, en produisant un électron et un neutrino. Ce nouvel électron est éjecté du noyau, accompagné du neutrino qui emmène avec lui l'excédent d'énergie que cette réaction a produite.

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Cela se passe lentement : en 5730 ans, la moitié des atomes de Carbone 14 sont redevenus des atomes de Carbone 12.
Mais de façon tout à fait régulière, selon la courbe décroissante appellée exponentielle représentée ici en bleu.
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Et la datation dans tout ça ?


Oui, oui, patience, on y revient ...

Si vous avez suivi, vous savez maintenant que tout être vivant comporte une certaine quantité d'atomes de carbone 14, qui se désintègrent lentement pour redevenir du Carbone 12.


Mais, tant que l'organisme vivant reste vivant, il renouvelle son stock de Carbone 14 puisqu'il mange et respire ... Si bien que tout être vivant (humain, animal ou végétal) contient une proportion relativement constante de Carbone 14 (un millionième de l'ensemble de ses atomes de carbone).

Mais, cette proportion diminue inexorablement après sa mort puisqu'il n'y a plus d'apport en carbone 14 !

Et voilà, nous y sommes : en mesurant la proportion de Carbone 14 restant dans un organisme mort, on peut déterminer depuis quand il a cessé de vivre !


La mesure se fait soit avec un appareil sensible à la radioactivité béta (on compte les "coups par minute" produit par un échantillon du fossile à dater), soit avec un « spectrographe de masse » couplé à un accélérateur de particules (un appareillage sensible à la différence de masse des atomes de carbone 14 et de carbone 12 qui a l'avantage d'être plus sensible et de pouvoir travailler sur de très petits échantillons de quelques milligrammes).

Limites de la datation au carbone 14 et autres techniques ...


A cause de la décroissance de la quantité de Carbone 14 avec le temps, après 75.000 ans, il ne reste plus assez de Carbone 14 pour faire une mesure fiable (souvenez-vous que le Carbone 14 ne représente déjà qu'un millionième des atomes de carbone le jour même de la mort...).
Ensuite, la datation au carbone 14 n'est applicable qu'aux êtres vivants (ou aux roches qui contiennent de petits organismes vivants) !

Qu'à cela ne tienne, il y a plusieurs autres éléments radioactifs dans les organismes vivants, mais aussi dans les roches elles-mêmes. Et certains ont des demi-vies bien plus longues.
En voici quelques-uns, avec leur demi-vie : le Potassium 40 (1,3 milliards d'années), l'Uranium 238 (4,5 milliards d'années) et le Rubidium 87 (47 milliards d'années).

L'uranium 238 (qui a une désintégration très complexe puisqu'il passe par différents états avant de devenir, finalement, du Plomb 206) est très utile pour mesurer l'âge des roches.
C'est d'ailleurs grâce à lui que l'on connaît l'âge de notre bonne vieille Terre : 4,55 milliards d'années !