Cette technique de datation fut élaborée en 1947 à l'Université de Chicago par le chimiste Williard Libby, il reçut le prix Nobel de chimie en 1960 pour le développement de cette technique. La datation au carbone 14 est basée sur la mesure de l'activité du carbone 14 dans des matériaux organiques. Grâce à cette mesure on peut connaître l'âge absolu de matières organiques, c'est à dire le temps écoulé depuis sa mort.
Le domaine d'utilisation de cette méthode de datation correspond à des âges absolus de centaines d'années jusqu'à environ 50 000 ans. Cette technique de datation a permis de dater des événements très anciens de manière beaucoup plus précise qu'auparavant. La datation par le radiocarbone a donc apporté un progrès énorme en archéologie.
Le rayonnement cosmique percute comme expliqué dans la première partie en permanence les noyaux des atomes présents dans l'atmosphère. En résulte une « cascade » de particules secondaires, dont des protons. Ceux-ci finissent par réagir avec les noyaux d'azote 14. Il en résulte la formation de noyau de carbone 14,de demi-vie 5730 ans.
Le carbone 14 va suivre le cycle habituel du carbone, c'est à dire qu'il va pénétrer les tissus vivants, être absorbé par les plantes, puis assimilé par les animaux...
Le taux de carbone 14 est maintenu à un niveau constant aussi longtemps qu'un organisme est en vie. Cependant dès qu'il meurt, le carbone 14, qui continue naturellement de se désintégrer, n'est plus renouvelé et son taux diminue suivant la loi exponentielle de désintégration radioactive. On peut donc grâce à la courbe de décroissance du carbone 14 connaître la durée écoulée depuis la mort de l'échantillon. En l'absence de contamination externe, il semble donc possible de dater n'importe quel morceau d'os, de charbon de bois, fragment de tissu, cheveu... à condition bien entendu de connaître sa teneur actuelle et surtout initiale en carbone 14. Or il faut pour connaître cette seconde teneur imaginer que le taux de carbone 14 dans l'atmosphère est resté constant au cours du temps. Cette hypothèse sur laquelle repose pour l'instant la méthode de datation fut celle conçue en 1947.
On peut alors calculer l'âge à partir de la formule de désintégration radioactive : On trouve alors,
At = Ao x e^(− λt)
Avec At, l'activité de l'échantillon archéologique, Ao l'activité d'un échantillon moderne de référence, λ la constante radioactive du carbone 14 et enfin t l'âge écoulé depuis la mort de l'échantillon organique.
Oui, mais peut-on vraiment se fier à cette technique tant l'hypothèse sur laquelle elle repose semble discutable ?
Or le flux des rayons cosmiques qui parviennent au niveau de l'atmosphère est susceptible de varier au cours du temps, et comme dit précédemment, le carbone 14 résulte de l'arrivée de ces rayons dans l'atmosphère. Il est actuellement établi que l'activité solaire passe par un maximum tous les onze ans, ainsi la propagation des rayons cosmiques est perturbée,ce qui peut entrainer une diminution du nombre de noyaux de carbone 14 produits. De plus la Terre crée un champ magnétique, qui comme un bouclier dévie une partie des rayons cosmiques. Or il a été démontré que le champ magnétique s'inverse et change au cours des âges. Ainsi les époques de fort champ magnétique coïncident avec des minimums de production de carbone 14.
Ainsi le nombre de noyaux de carbone 14 produits peut varier selon le champ magnétique terrestre, mais également l'activité solaire.
L'hypothèse sur laquelle repose la méthode de datation par le radiocarbone est donc fausse, et on ne peut pour l'instant dater des matières organiques, car l'âge absolu ainsi obtenu serait faux.
Dans les années 80, grâce à des courbes d'étalonnage, on peut établir une correspondance entre les âges « radiocarbone » et les âges effectifs.
En effet cet étalonnage s'effectue par le biais de la dendrochronologie et de l'étude des coraux fossiles. La dendrochronologie consiste à étudier les anneaux des troncs d'arbre, qui reflètent la croissance de l'arbre année par année. La mesure couche par couche du rapport des teneurs globales en carbone et en carbone 14 du bois caractérise donc la couche au moment où l'anneau s'est formé.
Et ainsi de couches en couches on peut remonter jusqu'à 11 000 ans. Au-delà, c'est la datation des coraux qui prend le relais. Cette datation permet de revenir jusqu'à 30 000 ans en arrière.
La datation par le carbone 14 a tout de même certaines limites. Tout d'abord cette méthode ne peut s'appliquer que sur des matériaux organiques et non sur des minéraux. De plus la fermeture du système de l'élément à dater est aussi indispensable, car s'il incorpore de nouveaux atomes de carbone 14 après sa mort la datation ne sera pas fiable.
En géologie aussi on tente grâce à la radioactivité de dater des roches et ainsi essayer de dater le système solaire. Les scientifiques ont mis en place pour cela d'autres techniques de datation. Mais la géologie requiert des radio-isotopes de demi-vies très grande, de l'ordre du million voire du milliard d'années, comme certains éléments que l'on trouve naturellement dans les roches : le potassium 40 de demi-vie 1,26 milliards d'années, le rubidium 87 de demi-vie 47,5 milliards d'années, l'uranium 238 de demi-vie 4,47 milliards d'années ou encore l'uranium 235 de demi-vie 0,704 milliards d'années.
Cette méthode peut servir à dater des éruptions volcaniques.
En effet le potassium 40, élément radioactif, est relativement abondant dans l'écorce terrestre. Il choisit deux voies différentes pour rejoindre la vallée de la stabilité, soit en se désintégrant en calcium 40 par émission β- ,soit en se désintégrant en argon 40. C'est l'argon 40, produit sous forme de gaz, qui va présenter un intérêt, car il peut être retenu par les roches.
Ainsi lors d'un éruption volcanique, les coulées de lave en fusion libèrent dans l'atmosphère tout l'argon contenu dans celles-ci. La lave se refroidit et se solidifie très rapidement. De ce fait, à partir de ce moment précis, l'argon s'accumule de nouveau dan la roche. La mesure des quantités relatives de potassium et d'argon permet de dater cette éruption.
Cette technique de datation est particulièrement précieuse en archéologie préhistorique.
Cette technique a permis, en datant des coraux fossiles, de rectifier les âges obtenus par datation au carbone 14.
En effet l'uranium 234, soluble dans l'eau de mer, se désintègre en thorium 230, lequel est insoluble et tombe au fond de la mer. Le corail vivant n'assimile que l'uranium 234, mais le thorium 230 issu de la désintégration des noyaux d'uranium 234 reste prisonnier et s'accumule dans le squelette du corail. Ainsi en mesurant les quantités d'uranium 234 et de thorium 230 dans le corail, on peut dater l'édification du squelette.
Nous venons donc de voir que grâce à la radioactivité, que les géologues et les archéologues peuvent dater avec précision des éléments organiques et des roches très anciennes. Ces techniques de datation sont parmi les plus utilisées actuellement, car elles présente une précision qu'on ne peut retrouver avec d'autres techniques.