Carte Postale Carbone 14 Datation

Le carbone-14, 14C, ou radiocarbone, est un isotope radioactif du carbone avec un noyau contenant 6 protons et 8 neutrons. Sa présence dans les matières organiques est la base de la méthode de datation au radiocarbone jusqu'à présent échantillons archéologiques, géologiques et hydrogéologiques. Le carbone-14 a été découvert le 27 février 1940 par Martin Kamen et Sam Ruben au Laboratoire de Radiation de l'Université de Californie à Berkeley, bien que son existence ait été suggérée par Franz Kurie en 1934[2]. Il y a trois isotopes naturels du carbone sur Terre : 99% du carbone est carbone-12, 1% est carbone-13, et le carbone-14 se produit en quantités traces, par exemple jusqu'à 1 partie par billion (0,00000000001%) du carbone dans l'atmosphère. La demi-vie de carbone-14 est de 5 730±40 ans. Il se décompose en azote-14 par décomposition bêta[3]. L'activité de la norme moderne de radiocarbone[4] est d'environ 14 désintégrations par minute (dpm) par gramme de carbone[5]. La masse atomique de carbone-14 est d'environ 14.003241 amu. Les différents isotopes du carbone ne diffèrent pas sensiblement dans leurs propriétés chimiques. Il est utilisé dans la recherche chimique dans une technique appelée étiquetage carbone : certains atomes de carbone-12 d'un composé donné sont remplacés par des atomes de carbone-14 (ou des atomes de carbone-13) afin de les suivre le long de réactions chimiques impliquant le composé donné. Contenu [cache] 1 Origine et décomposition radioactive 2 Datation du carbone 3 Formation pendant les essais nucléaires 4 Occurrence 4.1 Dans les combustibles fossiles 4.2 Dans le corps humain 5 Voir aussi 6 Références 7 Lecture supplémentaire 8 Liens externes[modifier] Origine et décomposition radioactive Le carbone-14 est produit dans les couches supérieures de la troposphère et de la stratosphère par des neutrons thermiques absorbés par les atomes d'azote. Lorsque les rayons cosmiques pénètrent dans l'atmosphère, ils subissent diverses transformations, y compris la production de neutrons. Les neutrons résultants (1n) participent à la réaction suivante : 1n + 14N → 14C + 1H Le taux le plus élevé de production de carbone-14 se produit à des altitudes de 9 à 15 km (30 000 à 50 000 pi) et à des latitudes géomagnétiques élevées, mais le carbone-14 se mélange et se distribue uniformément dans l'atmosphère et réagit avec l'oxygène pour former du carbone radioactif. Le dioxyde de carbone se dissout également dans l'eau et pénètre ainsi dans les océans. Le carbone-14 peut également être produit dans la glace par des neutrons rapides provoquant des réactions de spallation dans l'oxygène. Le carbone-14 passe alors par la désintégration bêta radioactive. En émettant un électron et un antineutrino électronique, le carbone-14 (demi-vie de 5730 ans) se dégrade en azote-14 isotope stable (non radioactif). L'inventaire du carbone-14 dans la biosphère terrestre est d'environ 300 millions de Curies, dont la plupart se trouve dans les océans.[6] [éditer] Datation au radiocarbone Article principal : Datation au radiocarbone La datation au radiocarbone est une méthode de datation radiométrique qui utilise (14C) pour déterminer l'âge des matériaux carbonés jusqu'à environ 60 000 ans. La technique a été développée par Willard Libby et ses collègues en 1949[7] pendant son mandat de professeur à l'Université de Chicago. Libby a estimé que la radioactivité du carbone-14 échangeable serait d'environ 14 désintégrations par minute (dpm) par gramme. En 1960, il a reçu le prix Nobel de chimie pour cette oeuvre. L'une des utilisations fréquentes de la technique est à ce jour les restes organiques des sites archéologiques. Les plantes fixent le carbone atmosphérique lors de la photosynthèse, de sorte que le niveau de 14C chez les plantes et les animaux lorsqu'ils meurent équivaut approximativement au niveau de 14C dans l'atmosphère à ce moment-là. Toutefois, elle diminue par la suite à cause de la décomposition radioactive, ce qui permet d'estimer la date de mort ou de fixation. Le niveau initial de 14C pour le calcul peut être soit estimé, soit directement comparé aux données connues d'année en année des données sur les cernes d'arbres (dendrochronologie) à 10 000 ans auparavant, ou des dépôts de grottes (speleothems) à environ 45 000 ans. Un calcul ou (plus précisément) une comparaison directe avec les niveaux de carbone-14 des cercles d'arbres ou des dépôts de cavernes donne l'âge de formation de l'échantillon de bois ou d'animal. Cette technique présente des limites dans l'ère industrielle moderne, en raison de la libération de carbone fossile (qui a peu de carbone-14) dans l'atmosphère en grandes quantités, au cours des derniers siècles. [modifier] Formation pendant les essais nucléairesAtmospheric 14C, Nouvelle-Zélande[8] et Autriche[9]. La courbe néo-zélandaise est représentative pour l'hémisphère sud, la courbe autrichienne est représentative pour l'hémisphère nord. Les essais d'armes nucléaires atmosphériques ont presque doublé la concentration de 14C dans l'hémisphère nord [10].Les essais nucléaires au sol qui ont eu lieu dans plusieurs pays entre 1955 et 1980 (voir liste d'essais nucléaires) ont augmenté de façon spectaculaire la quantité de carbone-14 dans l'atmosphère et par la suite dans la biosphère; après la fin des essais, la concentration atmosphérique de l'isotope a commencé à diminuer. L'un des effets secondaires du changement dans le carbone atmosphérique-14 est que cela permet de déterminer l'année de naissance d'un individu : la quantité de carbone-14 dans l'émail des dents est mesurée avec la spectrométrie de masse de l'accélérateur et comparée aux enregistrements des concentrations atmosphériques de carbone-14 passées. Comme les dents se forment à un âge spécifique et ne transmettent pas de carbone par la suite, cette méthode permet de déterminer l'âge à 1,6 ans. Cette méthode ne s'applique qu'aux individus nés après 1943[11][12] et il faut savoir si l'individu vivait dans l'hémisphère Nord ou Sud à l'âge où la dent se serait formée. Une autre méthode de datation repose sur la lentille de l'oeil; les protéines transparentes appelées "cristallines de lentilles" produites pendant la première année de vie sont inchangées par la suite, de sorte que la mesure des concentrations de carbone-14 là peut fournir un enregistrement du moment de la naissance. Les principales restrictions à la technologie sont que la personne doit être née après 1950, la lentille doit être enlevée pendant que le sujet est vivant ou dans les trois jours suivant le décès avant qu'il ne se désintègre trop, et l'individu ne peut pas avoir subsisté principalement sur les fruits de mer.[13] [modifier] Occurrence [modifier] Dans les combustibles fossiles La plupart des produits chimiques d'origine humaine sont fabriqués à partir de combustibles fossiles, comme le pétrole ou le charbon, dans lequel le carbone 1111 4 aurait dû depuis longtemps se décomposer. Toutefois, ces dépôts contiennent souvent des traces de carbone-14 (variant de façon significative, mais variant de 1 % du rapport trouvé dans les organismes vivants à des quantités comparables à l'âge apparent de 40 000 ans pour les huiles ayant les niveaux les plus élevés de carbone-14)[14]. Cela peut indiquer une contamination possible par de petites quantités de bactéries, sources souterraines de rayonnement causant la réaction 14N(n, p) 14C d'uranium, la désintégration (bien que des rapports mesurés de 14C/U dans les minerais contenant de l'uranium[15] impliquent environ 1 atome d'uranium pour chaque deux atomes de carbone afin de causer le rapport 14C/12C, mesuré de l'ordre de 10-15), ou d'autres sources secondaires inconnues de production de carbone-14. La présence de carbone-14 dans la signature isotopique d'un échantillon de matière carbonée indique peut-être sa contamination par des sources biogéniques ou la décomposition de matières radioactives dans les strates géologiques environnantes. Dans le cadre de la construction de l'observatoire de neutrinos solaires de Borexino, on a obtenu des matières premières de pétrole (pour synthétiser le scintillant primaire) à faible teneur en 14C. Dans l'installation de comptage de Borexino, on a déterminé un rapport 14C/12C de 1,94x10-18;[16] les réactions responsables de divers niveaux de 14C dans différents réservoirs de pétrole, et les niveaux inférieurs de 14C dans le méthane, ont été discutées par Bonvicini et al.[17] [éditer] Dans le corps humain. les aliments sont dérivés des plantes, le carbone qui compose nos corps contient du carbone-14 à la même concentration que l'atmosphère. Les bêta-caries de ce radiocarbone interne contribuent environ 0,01 mSv/an (1 m/an) à la dose de rayonnement ionisant de chaque personne[18]. Ceci est faible comparé aux doses de potassium-40 (0,39 mSv/an) et de radon (variable). Le carbone-14 peut être utilisé comme traceur radioactif en médecine. Dans la variante initiale du test de respiration de l'urée, un test diagnostique pour Helicobacter pylori, urée étiquetée avec environ 37 kBq (1,0 µCi) carbone-14 est donné à un patient. En cas de H. infection à pylori, l'enzyme uréase bactérienne décompose l'urée en ammoniac et en dioxyde de carbone radioactivement étiqueté, qui peut être détecté par un faible comptage de la respiration du patient.[19] Le test de respiration à 14-C a été largement remplacé par le test de respiration à 13-C qui n'a aucun problème de radiation.