• Le carbone 14 est un isotope faiblement radioactif du carbone; également appelé radiocarbone, c’est un chronomètre isotopique.
• La datation C-14 ne s’applique qu’aux matériaux organiques et à certains matériaux inorganiques (ne s’applique pas aux métaux).
• Le comptage proportionnel des gaz, le comptage par scintillation liquide et la spectrométrie de masse par accélérateur sont les trois principales méthodes de datation au radiocarbone.

Qu’est-ce que la datation au radiocarbone?

La datation au radiocarbone est une méthode qui fournit des estimations objectives de l’âge des matériaux à base de carbone provenant d’organismes vivants. 1 Un âge pourrait être estimé en mesurant la quantité de carbone 14 présente dans l’échantillon et en la comparant à un étalon de référence utilisé au niveau international.

L’impact de la technique de datation au radiocarbone sur l’homme moderne en a fait l’une des découvertes les plus significatives du 20ème siècle. Aucune autre méthode scientifique n’a réussi à révolutionner la compréhension de l’homme non seulement de son présent, mais aussi des événements qui se sont déjà produits il y a des milliers d’années. L’archéologie et d’autres sciences humaines utilisent la datation au radiocarbone pour prouver ou réfuter les théories. Au fil des ans, la datation au carbone 14 a également trouvé des applications en géologie, hydrologie, géophysique, sciences de l’atmosphère, océanographie, paléoclimatologie et même biomédecine.

Principes de base de la datation au carbone

Le radiocarbone (carbone 14) est un isotope de l’élément carbone instable et faiblement radioactif. Les isotopes stables sont le carbone 12 et le carbone 13.

Le carbone 14 se forme continuellement dans la haute atmosphère sous l’effet des neutrons de rayons cosmiques sur les atomes d’azote 14. Il s’oxyde rapidement dans l’air pour former du dioxyde de carbone et entre dans le cycle mondial du carbone.

Les plantes et les animaux assimilent le carbone 14 du dioxyde de carbone tout au long de leur vie. Lorsqu’ils meurent, ils cessent d’échanger du carbone avec la biosphère et leur teneur en carbone 14 commence alors à diminuer à un rythme déterminé par la loi de désintégration radioactive.

La datation au radiocarbone est essentiellement une méthode conçue pour mesurer la radioactivité résiduelle.

Mesure de la datation Radiocarbone–AMS par rapport à la datation radiométrique

Trois techniques principales sont utilisées pour mesurer la teneur en carbone 14 d’un échantillon donné : le comptage proportionnel des gaz, le comptage par scintillation liquide et la spectrométrie de masse par accélérateur.

Le comptage proportionnel des gaz est une technique de datation radiométrique classique qui compte les particules bêta émises par un échantillon donné. Les particules bêta sont des produits de désintégration du radiocarbone. Dans cette méthode, l’échantillon de carbone est d’abord converti en gaz carbonique avant la mesure dans des compteurs proportionnels au gaz.

Le comptage par scintillation liquide est une autre technique de datation au radiocarbone qui était populaire dans les années 1960.Dans cette méthode, l’échantillon est sous forme liquide et un scintillateur est ajouté. Ce scintillateur produit un éclair de lumière lorsqu’il interagit avec une particule bêta. Un flacon avec un échantillon est passé entre deux photomultiplicateurs, et ce n’est que lorsque les deux appareils enregistrent le flash de lumière qu’un comptage est effectué.

La spectrométrie de masse par accélérateur (AMS) est une méthode moderne de datation au radiocarbone qui est considérée comme le moyen le plus efficace de mesurer la teneur en radiocarbone d’un échantillon. Dans ce procédé, la teneur en carbone 14 est directement mesurée par rapport au carbone 12 et au carbone 13 présents. La méthode ne compte pas les particules bêta mais le nombre d’atomes de carbone présents dans l’échantillon et la proportion des isotopes.

Matériaux datables au carbone 14

Tous les matériaux ne peuvent pas être datés au radiocarbone. La plupart, sinon la totalité, des composés organiques peuvent être datés. Certaines matières inorganiques, comme le composant d’aragonite d’une coquille, peuvent également être datées tant que la formation du minéral implique l’assimilation du carbone 14 en équilibre avec l’atmosphère.

Les échantillons qui ont été datés au radiocarbone depuis le début de la méthode comprennent du charbon de bois, du bois, des brindilles, des graines, des os, des coquillages, du cuir, de la tourbe, de la boue de lac, du sol, des cheveux, de la poterie, du pollen, des peintures murales, des coraux, des résidus de sang, des tissus, du papier ou du parchemin, des résines et de l’eau, entre autres.

Des prétraitements physiques et chimiques sont effectués sur ces matériaux pour éliminer d’éventuels contaminants avant qu’ils ne soient analysés pour leur teneur en radiocarbone.

Normes de datation au carbone

L’âge du radiocarbone d’un certain échantillon d’âge inconnu peut être déterminé en mesurant sa teneur en carbone 14 et en comparant le résultat à l’activité du carbone 14 dans les échantillons modernes et de fond.

La principale norme moderne utilisée par les laboratoires de datation au radiocarbone était l’acide oxalique I obtenu de l’Institut National des Normes et de la Technologie du Maryland. Cet acide oxalique provient de betteraves sucrières en 1955. Environ 95% de l’activité radiocarbone de l’acide oxalique I est égale à l’activité radiocarbone mesurée de l’étalon absolu de radiocarbone — un bois de 1890 non affecté par les effets des combustibles fossiles.

Lorsque les stocks d’acide oxalique I étaient presque entièrement consommés, un autre étalon a été fabriqué à partir d’une récolte de mélasse de betterave française de 1977. Il a été prouvé que la nouvelle norme, l’acide oxalique II, n’avait qu’une légère différence avec l’acide oxalique I en termes de teneur en radiocarbone. Au fil des ans, d’autres étalons secondaires au radiocarbone ont été fabriqués.

L’activité radiocarbonée des matériaux en arrière-plan est également déterminée pour retirer sa contribution des résultats obtenus lors d’une analyse d’échantillon. L’activité radiocarbone de fond est mesurée, et les valeurs obtenues sont déduites des résultats de datation au radiocarbone de l’échantillon. Les échantillons de fond analysés sont généralement d’origine géologique d’âge infini tels que le charbon, le lignite et le calcaire.

Mesures de datation au carbone 14

Une mesure au radiocarbone est appelée âge conventionnel du radiocarbone (CRA). Les conventions de l’ARC comprennent (a) l’utilisation de la demi-vie de Libby, (b) l’utilisation de l’acide oxalique I ou II ou de tout étalon secondaire approprié comme étalon de radiocarbone moderne, (c) la correction pour le fractionnement isotopique de l’échantillon à une valeur normalisée ou de base de -25,0 par mille par rapport au rapport carbone 12 / carbone 13 dans la formation de bélemnite du Crétacé standard VPDB à Peedee en Caroline du Sud, (d) zéro BP (Avant aujourd’hui) est défini comme AD 1950, et (e) l’hypothèse que les niveaux mondiaux de radiocarbone sont constants.

Des erreurs-types sont également signalées dans un résultat de datation au radiocarbone, d’où les valeurs « ± « . Ces valeurs ont été dérivées par des moyens statistiques.

Pionnier de la datation au radiocarbone

Le physico-chimiste américain Willard Libby a dirigé une équipe de scientifiques après la Seconde Guerre mondiale pour développer une méthode mesurant l’activité du radiocarbone. Il est crédité d’être le premier scientifique à suggérer que l’isotope instable du carbone appelé radiocarbone ou carbone 14 pourrait exister dans la matière vivante.

M. Libby et son équipe de scientifiques ont pu publier un article résumant la première détection de radiocarbone dans un échantillon organique. C’est également M. Libby qui a mesuré pour la première fois le taux de désintégration du radiocarbone et a établi 5568 ans ± 30 ans comme demi-vie.

En 1960, M. Libby a reçu le prix Nobel de chimie en reconnaissance de ses efforts pour développer la datation au radiocarbone.

1. American Chemical Society National Historic Chemical Landmarks. Découverte de la datation au radiocarbone (consulté le 31 octobre 2017).
2. Sheridan Bowman, Datation au Radiocarbone: Interpreting the Past (1990), University of California Press

Pour en savoir plus :

Spectrométrie de masse par accélérateur Datation au radiocarbone
Calibration des résultats de datation au Carbone 14
Datation au Radiocarbone et Carbone à la bombe