La capacité à dater précisément, ou à identifier l’âge d’un objet, peut nous apprendre quand la Terre s’est formée, aider à révéler les climats passés et nous dire comment vivaient les premiers humains. Alors comment les scientifiques s’y prennent-ils ?
La datation au radiocarbone est de loin la méthode la plus courante, selon les experts. Cette méthode consiste à mesurer les quantités de carbone-14, un isotope radioactif du carbone – ou version d’un atome avec un nombre différent de neutrons. Le carbone 14 est omniprésent dans l’environnement. Après s’être formé en altitude, les plantes le respirent et les animaux l’expirent, explique Thomas Higham, archéologue et spécialiste de la datation au radiocarbone à l’université d’Oxford, en Angleterre.
« Tout ce qui est vivant l’absorbe », a déclaré Higham à Live Science.
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Alors que la forme la plus courante du carbone possède six neutrons, le carbone 14 en possède deux supplémentaires. Cela rend l’isotope plus lourd et beaucoup moins stable que la forme de carbone la plus courante. Ainsi, après des milliers d’années, le carbone 14 finit par se décomposer. L’un de ses neutrons se divise en un proton et un électron. L’électron s’échappe, mais le proton reste dans l’atome. Avec un neutron en moins et un proton en plus, l’isotope se désintègre en azote.
Lorsque les êtres vivants meurent, ils cessent d’absorber du carbone 14 et la quantité qui reste dans leur corps entame le lent processus de désintégration radioactive. Les scientifiques savent combien de temps il faut pour que la moitié d’une quantité donnée de carbone 14 se désintègre – une durée appelée demi-vie. Cela leur permet de mesurer l’âge d’un morceau de matière organique – qu’il s’agisse d’une peau ou d’un squelette d’animal, de cendres ou d’un cerne d’arbre – en mesurant le rapport entre le carbone 14 et le carbone 12 qui y reste et en comparant cette quantité à la demi-vie du carbone 14.
La demi-vie du carbone 14 est de 5 730 ans, ce qui en fait un outil idéal pour les scientifiques qui veulent étudier les 50 000 dernières années de l’histoire. « Cela couvre essentiellement la partie vraiment intéressante de l’histoire humaine », a déclaré Higham, « les origines de l’agriculture, le développement des civilisations : Toutes ces choses se sont produites pendant la période du radiocarbone. »
Cependant, les objets plus anciens ont perdu plus de 99% de leur carbone 14, ce qui en laisse trop peu pour être détecté, a déclaré Brendan Culleton, professeur assistant de recherche au Radiocarbon Laboratory de l’Université d’État de Pennsylvanie. Pour les objets plus anciens, les scientifiques n’utilisent pas le carbone 14 pour mesurer l’âge. Au lieu de cela, ils se tournent souvent vers les isotopes radioactifs d’autres éléments présents dans l’environnement.
Pour les objets les plus anciens du monde, la datation à l’uranium-thorium-plomb est la méthode la plus utile. » Nous l’utilisons pour dater la Terre « , a déclaré M. Higham. Alors que la datation au radiocarbone n’est utile que pour les matériaux qui étaient autrefois vivants, les scientifiques peuvent utiliser la datation à l’uranium-thorium-plomb pour mesurer l’âge d’objets tels que les roches. Dans cette méthode, les scientifiques mesurent la quantité d’une variété de différents isotopes radioactifs, qui se désintègrent tous en formes stables de plomb. Ces chaînes de désintégration distinctes commencent par la décomposition de l’uranium-238, de l’uranium-235 et du thorium-232.
« L’uranium et le thorium sont des isotopes tellement grands qu’ils éclatent aux coutures. Ils sont toujours instables », a déclaré Tammy Rittenour, géologue à l’université d’État de l’Utah. Ces « isotopes parents » se décomposent chacun en une cascade différente de radio-isotopes avant de se retrouver sous forme de plomb. Chacun de ces isotopes a une demi-vie différente, allant de quelques jours à des milliards d’années, selon l’Agence de protection de l’environnement. Tout comme la datation au radiocarbone, les scientifiques calculent les rapports entre ces isotopes, en les comparant à leurs demi-vies respectives. Grâce à cette méthode, les scientifiques ont pu dater la plus vieille roche jamais découverte, un cristal de zircon vieux de 4,4 milliards d’années trouvé en Australie.
Enfin, une autre méthode de datation indique aux scientifiques non pas l’âge d’un objet, mais le moment où il a été exposé pour la dernière fois à la chaleur ou à la lumière du soleil. Cette méthode, appelée datation par luminescence, est privilégiée par les géo-scientifiques qui étudient les changements dans les paysages au cours des derniers millions d’années – ils peuvent l’utiliser pour découvrir quand un glacier s’est formé ou a reculé, déposant des roches sur une vallée ; ou quand une inondation a déversé des sédiments sur le bassin d’une rivière, a expliqué Rittenour à Live Science
Lorsque les minéraux de ces roches et sédiments sont enterrés, ils deviennent exposés au rayonnement émis par les sédiments qui les entourent. Ce rayonnement chasse les électrons de leurs atomes. Certains de ces électrons retombent dans les atomes, mais d’autres restent coincés dans des trous ou d’autres défauts du réseau d’atomes dense qui les entoure. Il faut une seconde exposition à la chaleur ou à la lumière du soleil pour ramener ces électrons à leur position initiale. C’est exactement ce que font les scientifiques. Ils exposent un échantillon à la lumière et, à mesure que les électrons retombent dans les atomes, ceux-ci émettent de la chaleur et de la lumière, ou un signal luminescent.
« Plus cet objet est enterré longtemps, plus il a été exposé aux radiations », a déclaré Rittenour. En substance, les objets enterrés depuis longtemps et exposés à de fortes radiations auront une énorme quantité d’électrons déréglés, qui ensemble émettront une lumière vive lorsqu’ils retourneront dans leurs atomes, a-t-elle dit. Par conséquent, la quantité de signal luminescent indique aux scientifiques depuis combien de temps l’objet a été enterré.
Dater les objets n’est pas seulement important pour comprendre l’âge du monde et la façon dont les anciens humains vivaient. Les médecins légistes l’utilisent pour résoudre des crimes, du meurtre à la contrefaçon d’œuvres d’art. La datation au radiocarbone peut nous dire pendant combien de temps un bon vin ou un whisky a été vieilli, et donc s’il a été falsifié, a expliqué M. Higham. « Il y a toute une série d’applications différentes. »
Originally published on Live Science.
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