La datation au radiocarbone est l'une des plus connues techniques de datation archéologique à la disposition des scientifiques, et les nombreuses personnes dans le grand public en ont au moins entendu parler. Mais il existe de nombreuses idées fausses sur le fonctionnement du radiocarbone et la fiabilité de sa technique.
La datation au radiocarbone a été inventée dans les années 1950 par le chimiste américain Willard F. Libby et quelques-uns de ses étudiants à l'Université de Chicago: en 1960, il a remporté un prix Nobel de chimie pour l'invention. C'était la première méthode scientifique absolue jamais inventée: c'est-à-dire que la technique était la première à permettre à un chercheur de déterminer depuis combien de temps un objet organique mourait, le contexte ou pas. Timide d'un timbre à date sur un objet, c'est toujours la meilleure et la plus précise des techniques de datation imaginées.
Comment fonctionne le radiocarbone?
Tous les êtres vivants échangent le gaz Carbone 14 (C14) avec l'atmosphère qui les entoure - les animaux et les plantes échangent du carbone 14 avec l'atmosphère, les poissons et les coraux échangent du carbone avec du C14 dissous dans l'eau. Tout au long de la vie d'un animal ou d'une plante, la quantité de C14 est parfaitement équilibrée avec celle de son environnement. Lorsqu'un organisme meurt, cet équilibre est rompu. Le C14 dans un organisme mort se désintègre lentement à un rythme connu: sa "demi-vie".
La demi-vie d'un isotope comme C14, c'est le temps qu'il faut à la moitié de se désintégrer: en C14, tous les 5 730 ans, la moitié disparaît. Donc, si vous mesurez la quantité de C14 dans un organisme mort, vous pouvez savoir depuis combien de temps il a cessé d'échanger du carbone avec son atmosphère. Dans des circonstances relativement vierges, un laboratoire de radiocarbone peut mesurer avec précision la quantité de radiocarbone dans un organisme mort depuis 50 000 ans; après cela, il ne reste plus assez de C14 pour mesurer.
Anneaux d'arbre et radiocarbone
Il y a cependant un problème. Le carbone dans l'atmosphère fluctue avec la force de champ magnétique terrestre et l'activité solaire. Il faut savoir à quoi ressemblait le niveau de carbone atmosphérique (le «réservoir» de radiocarbone) à l'époque de la mort d'un organisme, afin de pouvoir calculer combien de temps s'est écoulé depuis l'organisme décédés. Vous avez besoin d'une règle, d'une carte fiable du réservoir: en d'autres termes, un ensemble d'objets organiques que vous peut épingler une date en toute sécurité, mesurer son contenu en C14 et ainsi établir le réservoir de référence au cours d'une année donnée.
Heureusement, nous avons un objet organique qui suit le carbone dans l'atmosphère sur une base annuelle: cernes des arbres. Les arbres maintiennent l'équilibre du carbone 14 dans leurs anneaux de croissance - et les arbres produisent un anneau pour chaque année où ils sont vivants. Bien que nous n'ayons pas d'arbres vieux de 50 000 ans, nous avons des cercles d'arbres qui se chevauchent depuis 12 594 ans. En d'autres termes, nous avons un moyen assez solide d'étalonner les datations au radiocarbone brut pour les 12 594 dernières années du passé de notre planète.
Mais avant cela, seules des données fragmentaires sont disponibles, ce qui rend très difficile de dater définitivement quelque chose de plus de 13 000 ans. Des estimations fiables sont possibles, mais avec des facteurs +/- importants.
La recherche d'étalonnages
Comme vous pouvez l'imaginer, les scientifiques ont tenté de découvrir d'autres objets organiques qui peuvent être datés en toute sécurité depuis la découverte de Libby. D'autres ensembles de données organiques examinés ont inclus des varves (couches de roche sédimentaire qui ont été déposées chaque année et contiennent des matières organiques, des coraux océaniques profonds, spéléothèmes (dépôts de grottes) et des téphras volcaniques; mais il y a des problèmes avec chacune de ces méthodes. Les dépôts de grottes et les varves ont le potentiel d'inclure le vieux carbone du sol, et il y a encore des problèmes non résolus avec les quantités fluctuantes de C14 dans coraux marins.
À partir des années 1990, une coalition de chercheurs dirigée par Paula J. Reimer du Centre CHRONO pour le climat, l'environnement et la chronologie, à l'Université Queen's de Belfast, a commencé à construire un vaste ensemble de données et un outil d'étalonnage qu'ils ont d'abord appelé CALIB. Depuis lors, CALIB, désormais renommé IntCal, a été affiné à plusieurs reprises. IntCal combine et renforce les données des anneaux d'arbre, des carottes de glace, du téphra, des coraux et des spéléothèmes pour proposer un jeu d'étalonnage considérablement amélioré pour les dates c14 entre 12 000 et 50 000 ans depuis. Les dernières courbes ont été ratifiées au 21e Conférence internationale du radiocarbone en juillet 2012.
Lac Suigetsu, Japon
Au cours des dernières années, le lac Suigetsu au Japon est une nouvelle source potentielle pour affiner davantage les courbes de radiocarbone. Les sédiments formés annuellement du lac Suigetsu contiennent des informations détaillées sur les changements environnementaux au cours des 50 000 dernières années ans, que le spécialiste du radiocarbone PJ Reimer estime être aussi bon, et peut-être meilleur que, des échantillons de carottes le Inlandsis du Groenland.
Les chercheurs Bronk-Ramsay et al. rapportent 808 dates AMS basées sur des varves de sédiments mesurées par trois laboratoires de radiocarbone différents. Les dates et les changements environnementaux correspondants promettent d'établir des corrélations directes entre d'autres relevés climatiques clés, permettant à des chercheurs tels que Reimer d'étalonner finement les dates de radiocarbone entre 12 500 et la limite pratique de datation c14 de 52,800.
Constantes et limites
Reimer et ses collègues soulignent qu'IntCal13 n'est que le dernier en date des jeux d'étalonnage et que d'autres améliorations sont à prévoir. Par exemple, dans l'étalonnage d'IntCal09, ils ont découvert des preuves que pendant les jeunes Dryas (12 550 à 12 900 cal BP), il y avait un arrêt ou au moins une forte réduction de la formation des eaux profondes de l'Atlantique Nord, qui était sûrement le reflet du changement climatique; ils ont dû jeter des données pour cette période de l'Atlantique Nord et utiliser un ensemble de données différent. Cela devrait donner des résultats intéressants à l'avenir.
Sources
- Bronk Ramsey C, Staff RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa H, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall MH, Brauer A, Lamb HF et al. 2012. Un record complet de radiocarbone terrestre pour 11,2 à 52,8 kyr B.P. Science 338: 370-374.
- Reimer PJ. 2012. Science atmosphérique. Affiner l'échelle de temps du radiocarbone. Science 338(6105):337-338.
- Reimer PJ, Bard E, Bayliss A, Beck JW, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck CE, Cheng H, Edwards RL, Friedrich M et al. 2013. Courbes d'étalonnage de l'âge du radiocarbone IntCal13 et Marine13 0–50 000 ans cal BP. Radiocarbone 55(4):1869–1887.
- Reimer P, Baillie M, Bard E, Bayliss A, Beck J, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck C, Burr G, Edwards R et al. 2009. Courbes d'étalonnage de l'âge du radiocarbone IntCal09 et Marine09, 0-50 000 ans cal BP.Radiocarbone 51(4):1111-1150.
- Stuiver M et Reimer PJ. 1993. Base de données C14 étendue et programme d'étalonnage de l'âge Calib 3.0 c14 révisé. Radiocarbone 35(1):215-230.