Méthodes de datation

 

1. La Chronologie

2. Les méthodes de datations non nucléaires

3. Les méthodes de datations nucléaires

4. Biologie moléculaire : l’horloge moléculaire

5. Apports majeurs à la reconstitution de l’histoire de l'Afrique

 

L’archéologie et les datations physico-chimiques sont cruciales pour la connaissance objective et la compréhension du passé de l’humanité dans tous les cas où font défaut des documents explicites : écrits ou événements repères bien connus et datés comme certaines éruptions volcaniques, certains tremblements de terre.

 

Les datations sont indispensables non seulement pour les périodes préhistoriques mais aussi aux différentes époques historiques de l’Antiquité aux temps modernes. Elles contribuent donc à retracer les grandes étapes de l’évolution climatique, géologique, biologique et culturelle de la terre et de l’humanité.

 

La chronologie relative à la Terre est décrite en séquences géologiques dont les délimitations et la nomenclature sont fondées sur l'étude des roches, du climat, du magnétisme terrestre, de l'évolution biologique. Avec "l'apparition" de l'homme s'y ajoute une séquence de nature archéologique qui comporte les différentes étapes de l'évolution culturelle (dans son acception la plus large) de l'humanité. Si l'on ramasse la chronologie terrestre sur une année, alors l'homme moderne, l'Homo sapiens sapiens, apparaît le 15 décembre et l'écriture est inventée dans la matinée du 31 décembre.

 

Illustration schématique de l'univers "connu". L'échelle de temps est en milliards d'années.

 

Pour repérer les événements de la façon la plus objective possible il faut définir une échelle de temps (ou référentiel temporel) constituée d’une origine et d’une unité de temps (l’année solaire). Sur cette échelle on affecte un temps “absolu” aux événements, c’est-à-dire leur ancienneté par rapport au présent.

 

Les méthodes permettant de situer dans le temps les étapes de l'évolution humaine sont multiples [cf. bibliographie] :

 

- La stratigraphie

- Les  relations typologiques

- La dendrochronologie

- La racémisation des acides aminés

- Le dosage chimique : azote, fluor, l'uranium

- L'hydratation de l'obsidienne

- Les traces biologiques : palynologie, paléontologie, micropaléontologie

- La biostratigraphie

- L'archéomagnétisme

- La thermoluminescence

- Les méthodes radioactives : Carbone 14, Potassium-Argon, Uranium/Thorium…

- Les méthodes de la biologie moléculaire

- ...

 

Toutes les méthodes ne permettent pas d'établir une chronologie absolue : exemples de la typologie, de la stratigraphie, du dosage de corps chimiques qui sont des méthodes de datations relatives. Les méthodes stratigraphiques restituaient déjà, mais seulement de façon relative, localement et non sans lacunes, des successions de cultures et d’âges technologiques. Seules les datations physico-chimiques permettent de déterminer, avec une approximation variable, l’âge absolu des couches de terrain et, par suite, des êtres et objets qu’elles contiennent, ou bien de dater directement les vestiges eux-mêmes lorsqu’ils s’y prêtent. Les méthodes qualifiées d'absolues sont fondées sur des phénomènes physiques naturels susceptibles de positionner un "événement" ou un "objet" sur une échelle de temps absolu : c’est le cas par exemple de la méthode de datation par le Carbone 14 (ou radiocarbone).

Méthodes de datation	Domaine de temps approximatif couvert en années
Dendrochronologie	actuel  jusqu’à  -7000
Racémisation des acides aminés	actuel  jusqu’à  -100 000
Hydratation de l'obsidienne	200 bp jusqu’au-delà de - 1 000 000
Archéomagnétisme	actuel  jusqu’à  -7000
Thermoluminescence_	quelques dizaines d’années bp jusqu’à -300 000
Carbone 14 (ou radiocarbone)	actuel jusqu’à -60 000
Uranium/Thorium	actuel  jusqu’à  - 300 000
Résonance de spin électronique	quelques 1000 ans à 20 millions d’années
Potassium-Argon	actuel à  4.5 milliards d’années

Limites inférieures et supérieures indicatives de validité des méthodes de datations absolues.

     1. La Chronologie

 

1.1. Histoire de la Terre

 

L’histoire de la Terre est décrite en séquences complexes dont la nomenclature et les délimitations sont fondées sur l’étude de la géologie, du climat, du magnétisme terrestre,  de l’évolution biologique, de l’évolution culturelle. Un exemple en est donné par le tableau suivant pour les périodes statigraphiques les plus récentes, celle de la fin du tertiaire qui a vu apparaître la première humanité (il y a plus de 5 millions d'années) et celle du quaternaire qui débute il y a environ 1,8 millions d'années :                                                                                         

 

Nomenclature et délimitations des périodes décrivant l’histoire de la terre : histoire climatique, histoire géologique,  histoire biologique, histoire culturelle

 

L'âge de la Terre est estimé à 4,5 milliards d'années environ.  La vie est apparue il y environ 3 milliards d'années (apparition des procaryotes hétérotrophes anaérobies).

 

Ce tableau doit être adapté selon les différentes régions de la Terre notamment pour ce qui concerne les faits archéologiques et culturels :

 

. le paléolithique supérieur est plus ancien en Afrique que dans les autres régions du monde,

. le néolithique démarre à des périodes différentes suivant les régions de la Terre,

. l'époque de l'apparition de l'agriculture, l’ordre et l’époque d’apparition des différents types de métallurgie (bronze, cuivre, fer, …), etc. varient suivant les régions de la Terre.

 

 

1.2. Chronologie relative et chronologie absolue

 

Si l’on considère deux événements ou deux objets sur l’échelle des temps, on conçoit que l’on puisse raisonner :

 

- soit en relatif : A est avant B   ou    B est après A

L'intervalle de temps D_AB = t_A - t_B   est connu mais t_A  et   t_B  restent inconnus.

 

- soit en absolu :          A s’est produit au temps t_A          

                                               B s’est produit au temps t_B

 

t_A  et  t_B  sont connus.et  t_A < t_B

  

Les méthodes de datation qui sont fondées sur des données ou des mesures liées à l’environnement permettent seulement de positionner deux événements (ou deux objets) l’un par rapport à l’autre sans être capable de fournir des valeurs à t_A et  t_B : ce sont les méthodes de datation relatives d’où découle l’établissement d’une chronologie relative.

 

Exemple : les modèles d’avion ou de voiture entre le début du siècle et aujourd’hui. Plus loin dans le temps : les modèles de poterie, …

 

Les méthodes de datation absolue conduisent, elles, à affecter une valeur de temps aux événements ou aux objets sur une échelle de temps astronomique.

 

 

1.3. Premières attestations écrites sur la chronologie

 

Fixer les événements sur une échelle de temps, c’est-à-dire établir une chronologie, exige de disposer d’un système de mesure des durées (on parlera de mesure du temps par abus de langage). Disposer d’un tel système suppose un appareil conceptuel suffisamment élaboré pour dégager la notion d’unité (unité de temps ici) ainsi qu’une observation sur la longue durée de phénomènes astronomiques pertinents avec relevés, analyse/tri et archivage des données d’observation.

 

En  Afrique, dans la vallée du Nil, en Egypte, dès l'Ancien empire égyptien co-existent trois calendriers dont l’élaboration remonte à une période antérieure :

 

- le calendrier lunaire, divisé en mois lunaires,

- le calendrier solaire ou civil comprenant 12 mois, 30 jours et 5 jours épagomènes  

- le calendrier sothiaque : 12 mois, 30 jours, 5 jours épagomènes, 1 jour épagomène tous les 4 ans ou 1an tous les 1460 ans.

 

Tous les 1460 ans (4x365 : ajouter 1 jour tous les quatre ans est équivalent à ajouter un an tous les 1460 ans) il y a coïncidence entre le calendrier solaire et le calendrier sothiaque. Les  Egyptiens ont divisé le jour en 24 heures égales.

 

Plusieurs documents attestent de la chronologie égyptienne :

 

- Le calendrier d’Éléphantine (1450 av. J.-C.)

- Le plafond astronomique de la tombe de Snenmout (1500av. J.-C.)

- La pierre de Palerme

- La table royale d’Abydos, Salle des Ancêtres. Le pharaon Sethi Ier avec son fils Ramsès II.

- L’histoire de l’Egypte de Manethon : 30 dynasties ou familles régnantes de 3100 av. J.-C. (unification de l’Egypte par le pharaon Narmer-Ménès) à –343 (année de la mort du dernier pharaon autochtone, Nectanébo II). Manéthon a vécu sous le règne de Ptolémée Ier de 305 à 282 av. J.-C.

 

 

 

Le calendrier d’Éléphantine (1450 av. J.-C.)                                                 Clepsydre (vers 1300 av. J.-C.)

 

Les Egyptiens ont conçu des instruments pour mesurer les durées de jour comme de nuit. L’horloge à ombre et la clepsydre en sont des exemples. Ces instruments faisaient partie du mobilier divin.

 

 

     2. Les méthodes de datations non nucléaires

 

2.1. La statigraphie

 

Hérodote (480 av. J.-C.) avait fait mention dans son “ Enquête ” sur l’Egypte (Livre II, Euterpe) du processus de formation, par apport d’alluvions, du delta du Nil en Egypte et de son déroulement sur la durée  (20 000 ans).

 

Les premières constatations (écrites) de l’existence de la succession de strates géologiques sont dues à Gaston ONEN en 1570 (publication en 1796).

 

Reprise en a été faite par Niels STEENSEN dit “ STENON ” en 1669. Il énonce les “ lois de STENON ” qui décrivent les principes régissant l’ordre de superposition des couches sédimentaires.

 

Au 18^ème siècle c’est la publication par BUFFON (Georges-Louis LECLERC, comte de BUFFON) dans “ Histoire Naturelle ” de coupes géologiques.

 

A partir de cette époque apparaît le souci de décrire de façon précise l’emplacement d’artefacts trouvés  dans le sol et donc de les situer par rapport à la géologie du site. (John FRERE, 1797 : silex taillés du site de Hoxne Suffolk).

 

Ainsi progressivement, avec de nombreuses difficultés (voir les démêlés de Jacques Boucher de Perthes avec la communauté scientifique de son époque) les notions de chronologie historique et celles de chronologie géologique vont être rapprochées.

 

Exemples de relevés statigraphiques :

Statigraphie de la gorge d’Olduvaï en Afrique de l’Est montrant le positionnement des fossiles et des industries lithiques. Ces différentes strates ou couches témoignent de la présence continue de l’homme pendant 2 millions d’années dans cette région du monde.

(Cf. Encyclopédie d’Archéologie de Cambridge, Editions du Fanal, 1981, p. 67 ; traduction de The Cambridge Encyclopedia of Archaeology, Trewin Copplestone Publishing Limited, 1980)

 

Statigraphie à Koobi Fora (à gauche) et Ileret (à droite) d’après A. Walker et R.E. Leakey, 1988.

(Cf. D. Grimaud-Hervé et al., Histoire d’ancêtres, Editions Artcom’, 1998, pp. 35-37)

 

Des règles méthodologiques sont édictées pour l’utilisation de la statigraphie :

 

- le principe de superposition : une couche géologique est plus récente que celle qu’elle recouvre,

 

- le principe de continuité : une couche délimitée par un plancher et un plafond, définie par un faciès donné est de même âge en tous ses points,

 

- le principe d’identité paléontologique : deux couches aux mêmes fossiles “ caractéristiques ” ou “ fossile s de niveau ”  ont le même âge.

 

Jacques Boucher de Perthes (1863) est considéré comme l’un des pères de la paléontologie moderne.

 

A noter deux cas particuliers :

 

- la tephrochronologie fondée sur l’identification de nappes de laves : cf. cas de Théra (Santorin) en 1450 av. av. J.-C., Pompéi  en 79, …

 

- la méthode des varves : les varves sont des couches sédimentaires (feuillets) où alternent des matériaux argileux et sableux. Leur formation est lié à la fonte des glaciers.

 

 

2.2. La dendrochronologie

 

Elle est due à un astronome américain A. E. Douglas.

 

Son principe est illustré par les schémas ci-dessous :

 

   

 

Coupe horizontale d’un arbre. Cernes.

 

 

 

Séquence dendrochronologique.

 

 

On compte les cernes de l’arbre. Il y a formation d’une cerne par an.

 

Cependant, dans la réalité tout n’est pas aussi idéal : des phénomènes particuliers affectent la précision de cette méthode de datation, provoqués par des “ dérèglements ” climatiques :

 

            - manque de cernes

            - suppléments de cernes

 

Cette méthode de datation nécessite un calage sur une échelle de temps absolu :

 

- par chevauchement à partir du temps présent, en partant de vieux arbres vivants,

- par recoupement avec d’autres données chronologiques (événement historique, datation par la méthode du radiocarbone, donnée climatique, …).

 

Inversement la dendrochronologie a permis de calibrer les dates brutes du Carbone 14 (cf. Séquoia géant : 200 av. J.-C., Pinus aristata : 7000 av. J.-C.)

 

 

Pin du Japon Musée Okhayama, Japon

 

 2.3. La racémisation des acides aminés

 

Certaines molécules (assymétriques) existent sous deux formes stéréo-isomériques (deux dispositions spatiales différentes pour une même molécule) :

 

- lévogyre (L)

- dextrogyre (D)

 

 

De telles molécules sont aussi appelées énantiomères (déviation spécifique d’un faisceau de lumière polarisée). Seul l’énantiomère (L) est synthétisé dans les organismes vivants. Mais l’on observe que certaines molécules comme les acides animés passent lentement et spontanément de la forme (L) à la forme (D). Ce phénomène dit de racémisation se produit avec une certaine vitesse.

 

 

Il se trouve que certains acides aminés subsistent dans les os par exemple (acides aminés dérivés de la protéine collagène) ; on a pu en détecter sur certains fossiles vertébrés de plus de 300 millions d’années.

 

Donc, dans le principe, si l’on connaît la vitesse de racémisation on doit pouvoir remonter à l’âge de l’os.

 

Exemple : l’acide asparique possède une vitesse de racémisation associée à une période (demi-vie) de 15 000 ans à 20°C.

 

 

2.4. Le dosage chimique : fluor, azote, uranium

 

L’idée du dosage du fluor contenu dans les ossements (os, dents) est due à J. Middelton (1844) qui observa que le fluor de l’eau des nappes phréatiques est graduellement absorbé dans les os : il y a échange du fluor avec les ions hydroxyde de l’hydroxyapatite :

 

Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ (hydroxyapatite) à Ca₅(PO4)₃F (fluorapatite)

 

Sa validité atteint 100 000 ans. Mise au point par A. CARNOT en 1890, elle a acquis sa célébrité avec la mise en évidence de la surpercherie de l’homme de Piltdown par l’anglais K.P. OAKLEY dans les années 50.

 

La méthode du dosage de l’azote est fondée sur la diminution graduelle de la teneur en azote dans des matériaux organiques, en particulier dans les os. La proportion d’azote décroît de façon relativement uniforme en fonction du temps.

 

 

Comme pour le fluor, la méthode du dosage de l’uranium est fondée sur l’accumulation dans le squelette de l’uranium par diffusion de l’eau à travers les couches dans lesquelles le squelette a séjourné.

 

2.5. L’hydratation de l’obsidienne

 

Cette méthode est due à I. Friedmann et R. L. Smith (1948), D. Clark (1959)

 

L’obsidienne est un verre naturel. En présence d’eau se forme une couche hydratée dont l’épaisseur augmente en fonction du temps selon une loi :

 

x² = kt

 

x : épaisseur de la couche hydratée

k : constante de diffusion dépendant de la température

t : temps

 

 

Variation de la constante de diffusion de l'hydratation k selon les différents lieux géographiques (d'après I. Friedmann et R.L. Smith, American Antiquity, 1960, cité par P. R. Giot, L. Langouet, cf. bibliographie.

 

Ce sont les cassures artificielles faites par l’homme qui sont intéressantes.

 

2.6. Les traces biologiques : palynologie, paléontologie, micro-paléontologie

“ La palynologie repose essentiellement sur le fait que l’existence d’espèces données et plus encore  la coexistence de plusieurs espèces dans des proportions données est caractéristique d’un climat ”

 

On compare l’évolution climatologique établie par les méthodes nucléaires au “spectre” des pollens collectés. On espère établir à l’échelle mondiale des corrélations entre l’évolution des organismes vivants et les âges géologiques dès le Précambrien.

 

2.7. L’archéomagnétisme 

 

Cette méthode est valide pour la période historique. Le champ magnétique terrestre connaît des variations au cours du temps. Autrement dit sa direction et son intensité varient en fonction du temps. Ce champ fait l’objet de relevés systématiques depuis le début du 17^ème siècle. Par ailleurs, il se trouve que les argiles contiennent certains oxydes de fer, tels que la magnétite (Fe₃O₄) et l’hématite (Fe₂O₃). Les argiles utilisées pour la confection des fours et des poteries peuvent contenir jusqu’à 7% de divers oxydes de fer. Lorsque se produit une élévation de température suffisante les moments magnétiques des oxydes de fer ont tendance à s’aligner sur la direction du champ magnétique externe en l’occurrence le champ magnétique terrestre, au moment de la cuisson. Lors du refroidissement la direction acquise des moments est conservée et il subsiste une aimantation autonome et permanente colinéaire au champ magnétique terrestre : c’est le magnétisme thermo-rémanent.

 

2.8. Les relations typologiques

 

La recherche des séries typologiques date de 1866 avec Hans Hildebrand et Oscar Montélius qui publia en 1903 un ouvrage décrivant la méthode typologique. Les typologies sont à caractère morphologique ou stylistique. Elles reflètent une évolution permettant de procéder à une datation typologique relative.

 

              

 

Bibliographie : Cheikh Anta Diop, Physique nucléaire et chronologie absolue, IFAN-Dakar/NEA, Dakar/Abidjan, 1974 ;  P. R. Giot, L. Langouet, La datation du passé – La Mesure du Temps en Archéologie, Revue d’Archéométrie, GMPCA, Université de Rennes, 1984 ; E. Roth et B. Poty (sous la direction de), Méthodes de datation par les phénomènes nucléaires naturels. Applications, Ouvrage collectif, Paris, Masson, 1985. Michel Fontugne, “Progrès de la datation par le Carbone 14”, Archéologia, n°323, mai 1996, pp. 26-33 ; L. M. Diop-Maes, ANKH n° 8/9, pp. 145-181 ;  L. M. Diop, Afrique noire – Démographie, sol et histoire, Paris, Présence Africaine, 1996, Annexe 1, pp. 317-334.

 

     3. Méthodes de datation par les méthodes nucléaires

 

3.1. Généralités

 

La datation par les méthodes nucléaires est fondée sur les lois physiques qui régissent les phénomènes de la radioactivité.

 

On rappelle ci-après quelques relations de base.

 

Soit N(t) le nombre de noyaux radioactifs de même nature présents à un instant t. N(t) est donné par l'expression :

 

N(t) = N₀e^-lt

 

où :

- N₀ est le N₀ est le nombre de noyaux du type considéré présents à l’instant initial t₀ : N(t₀) = N₀ 

- l est la constante de désintégration totale (la probabilité par unité de temps qu’un atome se désintègre). Elle est caractéristique d’un isotope donné.

La période T est la durée à l’issue de laquelle la probabilité de « survie » du nucléide est égale à 1/2 :

 

N(t) = N₀e^-lT = N₀/2

 

On en déduit :               T = ln2/l = 0.693/l

 

Exemple d'application : détermination de l’âge de la Terre.

 

On admet :

 

- que l’uranium 235 et l’uranium 238 ont été produits initialement en même quantité (hypothèse d’homogénéité),

- que le système physique considéré (système solaire) est clos (pas de pertes vers l’extérieur ou d’apports extérieurs),

- que les constantes de décroissance radioactive ne varient pas avec le temps (cf. ANKH n°1)

 

Aujourd’hui les mesures donnent la valeur suivante du rapport d’abondance entre l’uranium 235 et l’uranium 238 :

 

N_U235/N_U238 = 0.7% = 0.007

 

 

l_U235 = 0.155125 10^-9 an^-1

l_U238 = 0.98485 10^-9 an^-1

 

Or d’après la loi qui régit la radioactivité on a :

 

N_U235(t) = N_U235(t=0) exp(-l_U235t)

N_U238(t) = N_U238(t=0) exp(-l_U238t)

 

D’où l’on déduit :

 

Age de la Terre = t = -(1/(l_U235 - l_U238)) ln(0.007) = 6. 10⁹ ans

 

 

Liste des méthodes de datations nucléaires 

 

Les méthodes de datations nucléaires sont classées en trois groupes :

 

- Le groupe I rassemble les méthodes qui mesurent les isotopes radioactifs primitifs par accumulation des isotopes stables issus de décroissances radioactives. Par exemple, la méthode du Potassium-Argon appartient à ce groupe.

 

- Le groupe II regroupe les méthodes qui utilisent les isotopes radioactifs de l’uranium.

 

- Le groupe III contient les méthodes utilisant les isotopes cosmogéniques. La méthode de datation par le carbone 14 appartient à ce groupe

 

Méthodes	Période de décroissance radioactive en années	Domaines d’application
Rubidium-strontium (Rb87/Sr87)	48.8 109	8. à 3. 109 ans. Datations des roches
Rhénium-osmium (Re187/Os187)	45.8 109	106 à 4.5 109 ans. Datations de météorites. Etude de la minéralisation.
Lutétium-hafnium (Lu176/Hf176)	35.7 109	? à 4.5 109 ans. Etude de l’évolution planétaire.
Uranium-thorium-plomb (U/Th/Pb)	U238 : 4.47 109 U235 : 7.03 108 Th232 : 14.0 109	106 à 4.5 109 ans. Datation de formations géologiques.
Déséquilibres famille de l’uranium	U238 : 4.47 109	0. à 350 000 ans. Etude des niveaux marins, de la paléo-climatologie. Archéologie : datations des os et dents fossilisés.
Traces de fission	U238 : fission spontanée	106 à 2. 109 ans. Etude du volcanisme, de l’histoire thermique des roches, de la tectonique des plaques continentales.
Thermoluminescence	rayonnements a, b, g	Dizaines d’années à 300 000 ans. Archéologie : céramiques, …Géologie : volcanisme récent.
Résonance de Spin Electronique	électrons	103 à 2. 108 ans. Datations d’os fossiles, de bois, de silex, … carbonates, coraux.
Potassium-Argon (K40/Ar40)	1.25 109	Actuel à 4. 109 ans. Datation des roches.
Argon 39 – Argon 40	2.69 102	106 à 4.5. 109 ans. Etude de l’histoire thermique et tectonique d’une roche.
Bérylium 10	1.5 106	Indicateur des variations du rayonnement cosmique dans le passé.
Aluminium 26	7.16 105	Etude de la matière extraterrestre.
Calcium 41	105	Datation d’ossements entre 50 000 et 1 000 000 d’années. Relève du Carbone 14.
Chlore 36	3.01 105	104 à 3. 106 ans. Etude de l’érosion de croûte terrestre. Etude des eaux souterraines.
Carbone 14	5.730 103	40 000 puis 70 000 ans. Archéologie, hydrologie, climatologie, géologie récente, ...
Silicium 32	2.69 102	100 à 1000 ans. Glaciologie, hydrologie.
Argon 39	102	100 à 1000 ans. Glaciologie, océanographie hydrogéologique.
Plomb 210	20.4	20 à 150 ans. Datation des glaces. Etude de la haute atmosphère.
Tritium, tritium-hélium 3	12.43	1 à 35 ans. Datation des glaces. Climatologie polaire. Etudes océanographiques.

 

 

3.2. La méthode de datation par le Carbone 14 ou radiocarbone.

 

Le principe de la méthode.

 

 

Le carbone 14 (ou C14), isotope radioactif du carbone comportant dans son noyau 6 protons et 8 neutrons (donc 14 nucléons), avait été découvert en 1937 par M. Kammen, à Berkeley en Californie. Mais, c'est en 1946-47 que le physicien américain W. F. Libby[1] de l’Institute for Nuclear Studies and Department of Chemistry de l’Université de Chicago, et ses collaborateurs, imaginent une méthode de datation radioactive fondée sur l'utilisation du carbone 14. Deux observations avaient conduit à la mise au point de cette méthode :

 

- l’identification de la réaction :

 

Azote 14 + neutron à Carbone 14 + proton

 

dans les hautes couches de l’atmosphère,

 

- et la radioactivité, détectée grâce à un compteur Geiger-Müller, d’un gaz, le méthane formé d’atomes d’hydrogène et de carbone (CH₄), en provenance des égouts (!) de la ville de Baltimore aux USA :

 

Carbone 14 à Azote 14 + particule bêta + antineutrino

 

 

Autrement dit, les organismes vivants (la matière organique : animaux, végétaux) assimilent le gaz carbonique contenu dans l’atmosphère et ce gaz carbonique contient, en très faible proportion, un isotope radioactif du carbone : le carbone 14. Tout organisme tant qu’il est en vie, présente la même radioactivité que le gaz carbonique atmosphérique. Lorsque l’organisme vivant meurt, l’échange avec le milieu ambiant cessant, il n’y a plus d’apport de gaz carbonique atmosphérique et par conséquent, la quantité de carbone 14 contenue dans les tissus organiques décroît de manière exponentielle avec le temps. En comparant la radioactivité d’un échantillon d’un organisme animal ou végétal mort à la radioactivité du carbone atmosphérique on déduit l’âge de cet échantillon défini comme le temps écoulé depuis sa mort.

 

D’autres voies de formation du carbone 14  existent, mais elles sont marginales :

 

O16(n,He3)C14, O16(p,3p)C14, O16(n,a)C14, N15(n,d)C14, C13(n,g)C14.

 

Le taux de production du carbone 14 est de 0.96 atome par cm² de surface terrestre et par seconde à l’équateur, 4.99 atomes/cm².s aux pôles (valeur cumulées sur 18 km d’altitude).

 

Le carbone se trouve réparti dans différents “ réservoirs ” : l’atmosphère, la biosphère, l’humus, les matières organiques, les carbonates/bicarbonates représentant globalement une quantité de 8.45 g/cm² de surface terrestre.

 

La relation donnant l’âge t de l’échantillon à dater s’écrit :

 

t = (1/l) ln (N₀/N)

avec :

 

l = constante de désintégration radioactive = (ln2)/T où T = 5730 ans ± 40 ans (1962, Godwin) est la période du carbone 14

l = 1.209 10^-4 a^-1. (Par convention dans les calculs on utilise T = 5568 ans)