Utilisation du carbone 14 pour les périodes récentes - Maxicours

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Utilisation du carbone 14 pour les périodes récentes

Objectifs : La méthode de datation au 14C a été découverte en 1946 par Libby et permet de donner un âge précis aux événements récents.
Quel est son principe ? Quand est-elle utilisée ?
1. Origine du 14C et relation avec les êtres vivants
L'isotope 14 du carbone est constamment formé dans la haute atmosphère terrestre. Là, des neutrons qui font partie des rayons cosmiques, bombardent des atomes de 14N.
La réaction nucléaire est :
14N + neutrons -> 14C + protons

Les atomes de 14C sont rapidement oxydés pour former des molécules de 14CO2.

Lors de la photosynthèse, les végétaux absorbent du CO2 : parmi les atomes contenus dans les molécules de CO2, la plupart sont des atomes de l'isotope 12 et 13 (12C et 13C) non radioactifs, mais certains sont des atomes de l'isotope 14. Les végétaux absorbent les 3 types d'atomes, et les animaux qui se nourrissent de végétaux également.

Tous les êtres vivants constituent donc des « récipients » à 14C : la proportion de 14C reste constante au cours de leur vie, et le rapport 14C/ 12C est considéré comme constant.
A la mort du végétal ou de l'animal, celui-ci cesse d'absorber du 14C et la quantité va diminuer uniquement : le 14C se désintègre en 14N qui s'échappe et ne peut être pris en compte.
C'est le dosage du 14C résiduel qui permet d'estimer l'âge de l'échantillon.

2. Technique de datation
Dans les échantillons, le taux en 14C est souvent très faible et donc difficile à mesurer. Par conséquent, on utilise un spectromètre de masse couplé à un accélérateur de particules afin de faire une mesure plus précise du rapport 14C/12C.

On part du principe que la valeur mesurée actuellement sur un organisme vivant est la même que celle existant au moment de la mort de l'échantillon à analyser. Donc, en connaissant la proportion 14C / 12C et en mesurant 14C/12C dans des restes d'êtres vivants (os, bois, corne, etc.), on peut déterminer l'âge de l'échantillon.

On connaît 14Cinitial/ 12Cinitial et on mesure 14Cactuel /12Cactuel.

Le taux en 12C est constant (12Cinitial = 12Cactuel) et le rapport 14Cinitial/12Cinitial sur 14Cactuel/12Cactuel nous donne la valeur du rapport 14Cinitial /14Cactuel.

Formule utilisée pour déterminer l'âge :

t (années) = ln (14Cinitial/14Cactuel).T/ln 2
(T = 5730 ans).
3. Limitations de la méthode
Elle se base sur la radioactivité du 14C, donc elle ne peut être utilisée que pour des échantillons contenant du C, c'est-à-dire essentiellement pour des substances organiques provenant d'êtres vivants.

De plus, l'incertitude de la méthode est d'autant plus grande que l'échantillon est ancien. L'incertitude devient trop grande pour des échantillons dont l'âge dépasse les 50 000 ans. Il faut alors utiliser d'autres isotopes.

Cette méthode au 14C est couramment utilisée en archéologie. Les éléments les plus sensibles au 14C sont le charbon, les ossements, les coquillages, mais les échantillons doivent être ramassés avec le plus grand soin afin d'éviter les contaminations.

L'essentiel

La datation au 14C est largement utilisée pour déterminer l'âge d'échantillons récents (âge inférieur à 50 000 ans), échantillons liés aux êtres vivants.

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