La datation au radiocarbone, ou datation au carbone 14, est un moyen de déterminer l’âge de certains artefacts archéologiques d’origine biologique. Cette technique est notamment utilisée pour dater des éléments tels que les os, les tissus ou encore le bois, mais comment cela fonctionne-t-il précisément ?
La spallation nucléaire
Le processus de spallation nucléaire se produit lorsque des rayons cosmiques (des particules chargées en provenance de l’espace interstellaire) interagissent avec les atomes dans l’atmosphère de la Terre. Il arrive alors parfois que ces rayons entrent en collision avec un noyau d’azote (N-14), provoquant alors sa fragmentation en particules secondaires, notamment des neutrons énergétiques.
Un neutron énergétique qui entre en collision avec un autre noyau d’azote-14 peut alors provoquer une réaction de transmutation nucléaire. Plus précisément, l’azote-14, qui a sept protons et sept neutrons, peut être transformé en carbone-14 (six protons et huit neutrons) et en un atome d’hydrogène (un proton et zéro neutron).
Une demi-vie de 5 700 ans
Les atomes de carbone 14 créés par les rayons cosmiques se combinent avec l’oxygène pour former du dioxyde de carbone. Ce dernier est ensuite absorbé par les organismes vivants, comme les plantes, par le biais de la photosynthèse. Les animaux et les humains en obtiennent alors en mangeant des plantes ou d’autres animaux qui en ont consommé.
Le rapport entre le carbone « normal » (carbone 12) et le carbone 14 dans l’air et dans tous les organismes vivants à un moment donné est quasi constant. Après la mort d’un organisme, ce dernier cesse cependant d’en absorber. À partir de ce moment, le carbone 14 radioactif qu’il contient commence à se désintégrer lentement en carbone 12 stable qui a une demi-vie d’environ 5 700 ans.
Plus concrètement, cela signifie qu’en moyenne, chaque 5 700 ans, la moitié du carbone 14 présent dans un échantillon radioactif se désintégrera en carbone 12 stable. Ainsi, en mesurant le rapport entre ces deux éléments dans un échantillon d’organisme ou de matériau organique ancien, il est possible de calculer l’âge de l’échantillon en fonction de la diminution du carbone 14 par rapport au carbone 12. En gros, plus le rapport est faible, plus l’échantillon est vieux.
La datation au radiocarbone est particulièrement utile pour dater des objets et des restes organiques datant jusqu’à environ 50 000 ans. Au-delà , la quantité résiduelle de carbone 14 dans un échantillon est en effet souvent si faible que les instruments de mesure ne peuvent pas fournir des résultats précis. Si tel est le cas, on utilise alors d’autres méthodes de datation radiométrique.
