Utilisation du carbone 14 pour les périodes récentes

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.

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 ¹⁴C_initial/ ¹²C_initial et on mesure ¹⁴C_actuel /¹²C_actuel.

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

Formule utilisée pour déterminer l'âge :

t (années) = ln (¹⁴C_initial/¹⁴C_actuel).T/ln 2 (T = 5730 ans).

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.