RADIOACTIVITE Datation par le carbone 14

Thème présenté par Amacodou Ndiaye, Conseiller Pédagogique Itinérant

au Pôle Régional de Formation de Thiès

La radioactivité est un phénomène nucléaire spontané qui agit sur les noyaux des atomes et qui est indépendant de la nature des liaisons chimiques entre ces atomes.

Elle ne dépend ni de l'état de la substance (solide, liquide ou gaz), ni de la température ou de la pression.

Petit historique de la radioactivité

Découverte des rayons X en 1895

Wilhelm Roentgen

Découverte de la radioactivité en 1896

Henri Becquerel

Découverte de nouveaux métaux radioactifs en 1898

Pierre et Marie Curie, 1895

Utilisation en radiochronologie, 1905-1908

Ernest Rutherford

Cheikh Anta Diop- 1960-1966 : Création du laboratoire datation

au 14C à Dakar au sein de l ’IFAN - 1962 : datation de l ’Homme d ’Asselar (à Gif-

sur-Yvette) par la méthode au 14C

Eléments / Isotopes :Isotopes du carbone :- 6 protons (Z)- 6, 7 ou 8 neutrons- 6 électrons (- Z)

12C613C614C6-> masses différentes

Z : numéro atomique = nombre de protons -> élémentN : nombre de neutrons -> variableA : nombre de masse = Z + N -> isotope

Noyau instable = radioactifIl ya donc transformation du noyau et émission d’un rayonnement.

Différents types de radioactivitéGénéralités

Au cours d’une transformation nucléaire, il y a conservation de la charge électrique et du nombre de nucléons.

Voc:W est le « noyau père » (avant transfo.), X est le « noyau fils » (après transfo.), et Y une particule émise.

Radioactivité

-> émission d’un noyau d’hélium 4

2He, appelé particule

Ex:

-> Pourquoi? -> Trop « gros », trop de nucléons!

Radioactivité -> Pourquoi? -> Trop de neutrons par rapport aux protons

-> Transformation d’un neutron en proton et émission d’un électron e- (provenant du neutron!)

Ex:

Radioactivité -> Pourquoi? -> Trop de protons par rapport aux neutrons

Radioactivité artificielle découverte en 1934 Par le couple Joliot.

-> Transformation d’un proton en neutron et émission d’un positron (ou positon) e+

Ex:

Rayonnement Provient de la désexcitation d’un noyau fils(pour les 3 types de radioactivité).

-> Très pénétrant (environ 20 cm de plomb pour s’en protéger!)

excité

Nb: - Rayonnement électromagnétique - Particule associée: photon.

Applications

Industrie

• Gammagraphie(contrôle de soudures)

• Bêtagraphie(examen d'obets minces, contrôle d'épaisseurs, etc )

Médecine et biologie

• Traitement des tumeurs (destruction d’une tumeur cancéreuse par rayonnement gamma)

• Scintigraphie ( utilisation comme traceur)

• Analyse chimique ( dosage d’élément à l’état de trace : hormones de croissance, insuline dans le sang, etc. )

• Stérilisation : seringues, pansements, draps, prothèses,... sont stérilisés à l'aide de rayon gamma, qui tuent les micro-organismes.

Agronomie et agroalimentaireCentrales nucléaires La datation

Datation par le carbone 14

Le carbone 14 ou radiocarbone est produit en permanence dans l'azote de l'air par le rayonnement cosmique.

Le carbone se trouve réparti dans différents “ réservoirs ” :

l’atmosphère, la biosphère, l’humus, les matières organiques, les carbonates/bicarbonates

Le carbone 14, isotope radioactif du carbone a été découvert presque par hasard par le physicien américain F.N.F. Kurie, en 1934.

En 1946, Willard Franck Libby émit l’hypothèse d'une production continue de cet isotope dans la nature et jeta les bases théoriques et pratiques de son utilisation pour des datations archéologiques.

Cette découverte lui valut l'attribution du prix Nobel de Chimie en 1960.

Principe de la datation au Carbone 14

Au cours de sa vie, tout organisme vivant assimile du carbone et notamment une certaine proportion de Carbone 14.

Après sa mort, la quantité de radiocarbone qu'il contient et sa radioactivité décroissent au fil du temps selon une courbe exponentielle.

La méthode de datation au 14C repose ainsi sur la présence de radiocarbone en infime proportion dans les échantillons de matière organique.

L’échantillon est daté en mesurant l'activité radiologique du carbone 14 qu’il contient ou le rapport 14C/C total avec un spectromètre de masse.

Cette méthode permet de connaître l'âge absolu de l’échantillon, c’est-à-dire le temps écoulé depuis sa mort.

Applications de cette méthode

La datation au Carbone 14 permet de déterminer des âges absolus allant de quelques centaines d'années jusqu'à 45.000 ans avant Jésus-Christ sur des échantillons organiques comme des charbons, des débris végétaux, des ossements ou des coquilles de mollusques.

Cette méthode a apporté un progrès important en archéologie et en paléoanthropologie en permettant de dater beaucoup plus précisément qu'avant les vestiges préhistoriques.

La datation d’échantillons a parfois permis de confirmer ou non un autre indice historique ou préhistorique.

C'est en 1950 qu’une des premières datations a été effectuée sur des charbons de bois retrouvés sur le sol de la Grotte de Lascaux.

limites de la datation par Carbone 14

La méthode de datation par radiocarbone se révèle controversée car elle présente des limites. Elle repose en effet sur deux hypothèses fondamentales :

la teneur en 14C des matières carbonées actuelles est très proche de celle des matières carbonées qui vivaient autrefois.

la répartition du 14C est homogène dans l'atmosphère. Ainsi, tout organisme présente de son vivant la même radioactivité que le gaz carbonique atmosphérique.

Il convient alors d'apporter un certain nombre de corrections aux dates brutes trouvées en tenant compte :

de l’inhomogénéité de la répartition du carbone 14 dans les différents “ réservoirs ”

du fractionnement isotopique qui provoque un appauvrissement ou un enrichissement en carbone 14

de la variation dans le passé de la concentration du carbone atmosphérique

des modifications récentes de l’environnement : ère industrielle et nucléaire (charbon, pétrole, bombes nucléaires),

de la contamination de l’échantillon à dater, de l’incertitude statistique de la mesure.

La méthode de datation au carbone 14 ne peut en aucun cas être considérée comme un moyen unique. Elle n'est pas totalement erronée, mais il est impératif de mettre cette technique en corrélation avec d'autres comme la dendrochronologie, la thermoluminescence, ou bien encore l'électromagnétisme.