DATATION PAR LE CARBONE 14

J. Bliaux

1. Datation par le carbone 14
2. D'où vient le carbone 14 ?
3. Propriétés du carbone 14
4. VARIATIONS DANS LE PASSE DU C ATMOSPHERIQUE
5. TECHNIQUES DE MESURES
6. RESULTATS
 



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



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



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.


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.



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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