Santé

La datation au carbone 14 des ossements

Dossier - Secrets d’ossements, les énigmes résolues par la science
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Comment les os peuvent-ils aider une enquête criminelle ? Apprenez en quoi la datation au carbone 14 ou la croissance osseuse, utilisées par les anthropologues, permettent de résoudre des énigmes comme la mort de Toutânkhamon ou des soldats de Napoléon.

  
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Tout être vivant dépend du carbone pour sa survie. Cet élément simple se combine avec d'autres atomes pour former des molécules complexes que les plantes et les animaux absorbent quotidiennement en les respirant, en les buvant mêlées à l'eau, et en les mangeant. Une fois absorbées, ces molécules forment la matière vivante : les os, les tissus, le sang des animaux ou la sève et les fibres des plantes. Ces molécules fournissent l'énergie que dépensent les êtres vivants. Le sucre en est un bon exemple. Il est constitué d'une combinaison d'atomes de carbone, d'oxygène et d'hydrogène. Ainsi, la matière vivante est constituée de molécules contenant, entre autres, du carbone, qui a été absorbé de différentes manières dans l'environnement (eau, air, aliments).

Le carbone qui se trouve dans l'air, principalement sous forme de gaz carbonique, est éclairé tous les jours par le Soleil. Mais le soleil émet plus que de la lumière : il projette aussi toutes sortes de rayons cosmiques. Certains d'entre eux, invisibles, sont quand même très puissants, assez pour briser ou modifier la structure des atomes qu'ils frappent. Certains rayons cosmiques émis par le soleil modifient les atomes de carbone quand ils frappent l'atmosphère. Ces atomes deviennent en quelque sorte surchargés. Cela se voit car leur « poids » change. Le carbone « normal » a un poids atomique de 12, alors que le carbone surchargé par l'effet des rayons cosmiques a un poids de 14.

Les réservoirs d’échange du carbone sont simplifiés sur ce schéma : atmosphère (atmosphere), biosphère terrestre (terrestrial biosphere), océan de surface (surface ocean), océan profond (deep ocean) et matière organique morte (dead organic matter). Les pourcentages montrent la fraction du carbone total dans chaque réservoir. Les nombres après la barre oblique montrent le ratio de carbone 14 sur le carbone 12 en fraction du ratio constaté dans l’atmosphère. © Mike Christie ; données : Bowman, Goudie et Cuff, Environmental Change and Human Society, CC by-sa 3.0

Mais, avec le temps, la surcharge du carbone 14 se dissipe sous la forme d'un rayonnement radioactif, et l'atome radioactif finit par redevenir du carbone 12, c'est-à-dire du carbone normal. Chaque jour, le soleil crée du nouveau carbone 14, et chaque jour du vieux carbone 14 redevient du carbone 12. Il y a donc dans la nature une certaine proportion équilibrée entre le carbone 14 et le carbone 12.

Cette proportion se retrouve partout sur terre : dans l'air au départ, mais aussi dans les organismes vivants qui absorbent l'air ou mangent d'autres êtres vivants qui avaient aussi respiré de l'air. Mais que se passe-t-il quand un être vivant meurt ? Il cesse de respirer, de boire et de manger. En d'autres mots, il n'absorbe plus de carbone 12 « normal » ni de carbone 14. Dans ses tissus, le carbone 14 continue lentement à redevenir du carbone 12, mais sans être remplacé puisque l'individu ne respire plus, ne boit plus et ne mange plus. La proportion de carbone 14 par rapport au carbone 12 dans ses restes diminue donc jusqu'au moment où tout le carbone 14 sera converti en carbone 12. Combien de temps cela prendra-t-il ?

La datation au carbone 14, fiable pour les ossements qui ont 40.000 ans

Il faut 5.570 ans environ pour que la moitié du carbone 14 se convertisse en carbone 12. C'est ce que l'on appelle la demi-vie du carbone 14. En une demi-vie, la proportion de carbone 14 diminue donc de moitié. Si on trouve un os ayant appartenu à un être humain et que l'on détermine qu'il lui reste seulement la moitié du carbone 14 initial, on pourra dire que cette personne est décédée il y a environ 5.570 ans. C'est ce que l'on appelle la datation au carbone 14. Maintenant, que trouverait-on dans les os d'une personne décédée, il y a deux fois 5.570 ans, soit 11.140 ans ? Les os auraient perdu la moitié du carbone 14 restant au cours de la deuxième demi-vie : la moitié de la moitié, cela donne le quart. Une personne décédée il y a 11.140 ans a donc dans ses os le quart du carbone 14 d'origine. Et cela se poursuit : après trois demi-vies, il en restera le huitième, après quatre demi-vies, le seizième, et ainsi de suite. Finalement, après environ sept ou huit demi-vies, soit autour de 40.000 ans, il ne restera presque plus de carbone 14 et il deviendra trop difficile de le mesurer.