La découverte
de la radioactivité naturelle a marqué un considérable
progrès pour l'étude de la Préhistoire. On sait
en effet, maintenant depuis environ 50 ans, que le matériel
constitutif des sites archéologiques contient parfois des radio-éléments
dont la teneur varie avec le temps et qu'il est ainsi possible de
dater des événements préhistoriques. Mais chaque
isotope radioactif ne pourra être utilisé que dans une
plage de temps bien définie, essentiellement en fonction de
sa période de demi-vie et de sa concentration initiale.
Le radiocarbone ou 14C ou carbone 14, est l'un de ces éléments
radioactifs. Bien, qu'il ne soit qu'en faible teneur dans la nature,
sa découverte a été déterminante pour
l'étude d'une période hélas limitée de
la Préhistoire à savoir les 30 ou 40 derniers millénaires.
Cet isotope du carbone fut découvert presque fortuitement en
1934 lorsqu'un physicien Américain, F.N.F. Kurie, exposa de
l'azote à un flux de neutrons.
Mais la véritable découverte du radiocarbone naturel,
date de 1946, lorsque Willard Franck Libby émit l'idée
d'une production continue de cet isotope dans la nature et établit
les bases théoriques et pratiques de son utilisation en vue
de datations en Archéologie.
Les premiers résultats de W.F. Libby en 1949 et 1950 et la
mise au point par H.L. De Vries d'un procédé très
sensible de mesure de la radioactivité 14C des échantillons,
mirent en évidence toutes les possibilités de la nouvelle
méthode de datation.
Le carbone
14 est présent dans l’atmosphère en proportion
constante par suite du bombardement de l’azote par les neutrons
cosmiques.
Ce carbone est rapidement oxydé pour donner du gaz carbonique
et est absorbé par les plantes au cours de la photosynthèse.
Le bois vivant contient donc toujours une certaine proportion de carbone
14, et on a constaté que cette quantité était
constante dans le monde : chaque gramme de carbone contient suffisamment
d'isotopes 14C pour qu'un détecteur enregistre 13.6
désintégrations par minute et par gramme de carbone
(L’abondance respective des deux isotopes (98,89% ) et (1,2
10-12 %) est la même dans les composés carbonés
des êtres vivants).
Lorsqu'un arbre est abattu, le bois cesse de vivre, le processus de
photosynthèse s'arrête, et il n'y a plus absorption de
gaz carbonique. L'isotope est alors libre de se désintégrer
sans compensation car il est radioactif ?- et subit donc des désintégrations.
Au bout d’une durée caractéristique de l’isotope,
il ne reste que la moitié des noyaux initialement présents.
Ce temps, appelé temps de demi-vie, est de 5570 ans pour cet
isotope. Ainsi au bout de 11 140 ans, seule la moitié de la
moitié des noyaux persiste et ainsi de suite.
Grâce à cette propriété, il est possible
par exemple de déterminer l’âge d’un charbon
de bois ancien d’un foyer préhistorique en déduisant
de la mesure, le nombre N(t) de noyaux et en le comparant au nombre
N0 d’un échantillon standard de référence
actuel.
Questions
1. Quelle est l’origine
du carbone 14 ?
2. Donner la composition de son noyau.
3. Il est radioactif et émetteur ?-. Écrire l’équation
de la désintégration de son noyau en précisant
la nature des produits formés.
4. Quel est le nombre d’atomes de carbone 14 contenus dans 1
g de carbone naturel actuel ? Masse molaire atomique moyenne du carbone
= 12 g . mol-1.
5. Exploiter la propriété
du temps de demi-vie pour tracer la courbe illustrant la décroissance
radioactive du nombre de noyaux de carbone 14.
6. Quelle fonction mathématique peut-on proposer pour traduire
cette propriété ? Préciser les unités
de chacun des termes de la relation proposée.
7. Évaluer l’âge d’un charbon de bois pour
lequel N/N0 = 0,13.
