Le carbone-14

Un radioélément produit dans l’atmosphère utilisé pour la datation

Le noyau de carbone-14 contient 6 protons et 8 neutrons (au lieu de 6 pour le carbone-12 ordinaire). Cet isotope du carbone est radioactif, sa période est de 5700 ans et il émet des électrons bêta.

Le carbone-14 est constamment régénéré par les rayons cosmiques de l’atmosphère. Le rythme de formation du carbone-14 est pratiquement constant à l’échelle de quelques siècles. Il dépend du flux des particules en provenance de l’espace qui bombarde la terre et du champ magnétique terrestre qui nous protège en partie contre ce bombardement. Ce flux et ce bouclier évoluent très lentement avec le temps. La quantité de carbone-14 suit cette lente évolution, car un équilibre étant atteint, il se forme à chaque instant autant de ce noyau qu’il s’en désintègre.

La formation du carbone-14 est due aux rayons cosmiques. Les collisions de ces particules avec les noyaux de la haute atmosphère libèrent des neutrons. Ces neutrons interagissent à leur tour avec les noyaux d’azote de l’air provoquant des réactions nucléaires. Le noyau d’azote comporte 7 protons et 7 neutrons. Dans la réaction conduisant au carbone-14, le neutron remplace un des protons de l’azote qui est éjecté, selon la réaction :

Le gaz carbonique formé à partir du carbone-14 est chimiquement identique au gaz carbonique normal. L’isotope radioactif est absorbé par les végétaux et les êtres vivants comme du carbone ordinaire à raison d’un atome pour mille milliards (10 puissance 12) d’atomes de carbone ordinaire.

Il se retrouve dans cette infime proportion à l’intérieur de tous les composés du carbone et dans la matière vivante dont le carbone est l’un des constituants. Pour cette raison, le carbone-14 est co-responsable, avec le potassium-40, de la radioactivité du corps humain.

Environ 3000 noyaux de carbone-14 s’y désintègrent par seconde. Ces 3000 désintégrations correspondent à 768 milliers de milliards d’atomes présents en nous. Ce chiffre pourrait nous impressionner, mais il correspond à 18 milliardièmes de gramme (le calcul a été fait pour un homme de 80kg), une broutille ! Le nombre d’Avogadro est passé par là !

À la mort d’un organisme vivant, l’isotope radioactif n’est plus absorbé et sa proportion, décroît avec le temps. La quantité de Carbone-14 subsistant dans un échantillon ayant appartenu à cet organisme est utilisée pour dater cet organisme.

Ce radioélément est également utilisé comme marqueur radioactif.

Applications de la datation au carbone-14 – Article RGN, juin 2020