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1. Datation par le carbone 14 : 
Les végétaux et animaux vivants assimilent le gaz carbonique de l'atmosphère
: ce dernier contient une faible quantité de 14C supposée constante
dans le temps, et que l'on retrouve en proportion identique dans tout
organisme vivant.
A sa mort le 14C n'est plus renouvelé et sa radioactivité
N (t) décroît dans le temps selon une loi exponentielle :
N (t) = No*e-lt
Avec N = activité 14C, d'un os fossile, par exemple, aujourd'hui
N0 = activité 14C du carbone moderne, donc celle
du fossile à sa mort, puisque supposée constante dans le temps.
l = constante de désintégration
égale à 0,693 / T (T = période)
On trouve alors pour l'âge t : t = log (N0 / Nt)
*18,5. 103 ans |
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2. D'où vient le carbone 14 ?
Certains protons cosmiques, en provenance de galaxies, sont déviés par
le champ magnétique terrestre. Ils donnent, par choc sur des molécules
d'oxygène ou d'azote de l'air, des neutrons. Après ralentissement, ces
neutrons redonnent, sur l'azote de l'air, du carbone et de l'hydrogène:
147N + 10n ®
146C +11H |
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3. Propriétés du carbone 14
Le carbone 14 est l'un des isotopes du carbone, son abondance est de
1,2 10-12. Les deux autres isotopes, stables, sont le carbone
12 (98,89%) et le carbone 13 (1,108%).
Le carbone 14 est un émetteur radioactif b, il se désintègre selon le schéma suivant :
146C ® 0-1b- + 147N
La période est de 5730 ± 40 ans et a été mesurée en 1962. Des mesures
préalables avaient donné 5568 ans et furent utilisées depuis 1951. Après
accord international, c'est cette ancienne valeur qui a été néanmoins
conservée pour le calcul des âges. |
4. VARIATIONS DANS LE PASSE DU C ATMOSPHERIQUE :
Le nombre de mesures et la précision aidant, on a constaté,
au fil du temps, un désaccord entre l'âge d'un objet daté
historiquement et son âge 14C.
Des études comparatives 14C / 12C effectuées
sur de très vieux arbres à croissance lente ont été
faites par dendrochronologie sur des séquoias et des pins : elles
ont permis de faire une séquence continue en 14C / 12C
de 7240 ans. D'autres mesures effectuées, grâce aux déséquilibres
dans les familles de l'uranium et à la thermoluminescence, ont
permis de connaître les écarts jusqu'à 32000 ans.
Ces écarts sont dus à deux causes: principalement des variations
à long terme dans le taux de production du 14C dans
l'atmosphère dues à un changement de valeur du magnétisme
terrestre, et des modifications dans le contenu en carbone des réservoirs
du système échangeable (courants océaniques, par
exemple).
La connaissance des écarts, entre les dates de la courbe en 14C
conventionnel (T = 5568 ans) et les dates réelles, a permis de
tracer une courbe unique adaptée internationalement en 1982. Il
a été décidé d'exprimer en ordonnée
les âges 14C mesurés en B.P.(Before Present, année
de référence 1950) et la valeur corrigée vraie, en
abscisse, en date A.D. (Anno Domini, après J.C.) ou B.C. (Before
Christ, avant J.C.). Un âge 14C calculé se trouve
converti non pas en une autre date, mais en un intervalle de dates.
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5. TECHNIQUES DE MESURES
• 1/ Les techniques utilisées au début consistaient à
convertir l'échantillon en CO2, puis à élaborer
un composé gazeux qui était introduit dans un détecteur
(compteur proportionnel ou scintillateur liquide). Les quantités
nécessaires pour une datation variaient suivant la teneur en carbone
(10 à 15 g pour des charbons de bois, des tissus, des graines, jusqu'à
1 kg pour des os ou des sédiments et jusqu'à 100 litres pour
des eaux souterraines).
• 2/ Le faible taux de comptage entraînait à l'usage des difficultés
(erreur statistique et temps de comptage élevé) qu'il a fallu
dominer : au Centre des Faibles Radioactivités de Gif sur Yvette,
laboratoire commun CEA/CNRS, fut élaboré le TANDETRON, spectromètre
de masse associé à un accélérateur tandem. Cette
technique supplante les précédentes dans deux domaines majeurs
(datation d'échantillons plus vieux que 30000 ans et datation d'échantillons
ne contenant qu'une très faible quantité de carbone).
L'accélérateur tandem est un accélérateur constitué
de deux parties symétriques séparées par une partie
centrale remplie d'argon. En amont, par bombardement d'ions césium
sur l'échantillon, on produit dans un premier spectromètre
des ions négatifs de masse 14 (12CH2, 13CH
et 14C). Ces ions sont accélérés dans la
première partie de l'accélérateur et vont cogner sur
les atomes d'argon dans la partie centrale, en donnant des ions C positifs
et les fragments des ions 14 parasites, à savoir 12C ,13C,
et H. A la sortie de la deuxième partie du tandem, avec une accélération
identique à la première, on trouve principalement des ions
14C (et quelques ions parasites 12C et 13C
ayant différents états de charge et différentes énergies,
qui sont déviés grâce à un deuxième spectromètre
en sortie). La comparaison finale des rapports 14C/ 12C
et 14C/ 13C permet le calcul des âges comme
dans le premier cas.
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6. RESULTATS
Dans les chapitres précédents, nous avons suivi l'évolution
de la mesure de la datation par le carbone 14.
La méthode s'est affinée puis a été confirmée
grâce à un recoupement avec d'autres méthodes :
• Jusqu'à 11000 ans, avec la dendrochronologie des arbres,
• Jusqu'à 20000 ans, avec la datation des coraux fossiles,
• Au-delà, avec la variation temporelle de l'intensité du
rayonnement cosmique et à l'effet plus faible de la circulation générale
actuelle des courants marins de l'Atlantique nord.
Le résultat de ces démarches a permis l'obtention d'une courbe
donnant l'âge vrai en fonction d'un premier âge calculé
à partir de l'ancienne méthode (production constante de 14C
et période de 5568 ans). Cette courbe a été obtenue
successivement :
• en mesurant l'âge idéal 14C et en l'augmentant d'environ
3 %, pour tenir compte de la nouvelle valeur de la période (5730
ans),
• en tenant compte de la variation de l'intensité du champ géomagnétique
durant les 80000 dernières années, mesurée sur des
sédiments prélevés dans la région des Açores.
Entre 18000 et 45000 ans avant aujourd'hui, l'intensité du champ
était nettement plus faible que sa valeur actuelle. La production
de 14C qui varie à l'inverse, était alors plus forte.
Deux points importants doivent être soulignés dans l'application
de ces techniques:
• Il a été décidé d'exprimer les âges
14C mesurés, en âges BP (Before present, l'année de
référence étant 1950) et les valeurs corrigées
en dates AD (Anno Domini, après JC) ou BC (Before Christ, avant JC)
Un âge 14C après mesures se trouve converti non pas
en une autre date, mais en un intervalle de dates ; cet intervalle
est plus ou moins long selon l'incertitude sur l'âge mesuré
(temps de comptage, niveau de comptage, etc.) C'est ainsi que les
échantillons sur le suaire de Turin dont l'âge a été
très controversé, ont été récemment
remesurés et ont été recentrés dans la
fourchette "1260 à 1390 AD". De même, les différents
motifs rupestres de la grotte Chauvet en Ardèche sont passés
de 31000BC à 34000 BC, ceux de la grotte de Lascaux de 17000
à 19000 BC. Les bisons noirs de Niaux (Ariège), plus
jeunes, ont glissé de 10000 à 11000 BC. |
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