Carbone 14 Article, Signification, Explication

Le carbone 14 (¹⁴C), appelé également radiocarbone, est un isotope radioactif du carbone. Sa demi-vie est de 5730 ans +/- 40 ans. Il se désintègre en donnant de l'azote et en émettant un rayonnement bêta.

Datation au carbone 14

La présence du carbone 14 dans la matière organique est utilisée pour la datation au carbone 14. L'atmosphère contient un certain pourcentage de carbone 14. Lorsqu'un organisme meurt, les échanges gazeux avec l'atmosphère cessent, et la proportion de carbone 14 commence à baisser lentement. La datation au carbone 14 consiste à mesurer cette proportion dans l'échantillon de matière organique étudiée.

L'âge carbone 14 conventionnel d'un échantillon de matière organique est calculé à partir d'une demi-vie conventionnelle de 5568 ans +/- 37 ans, calculée en 1950 à partir d’une série de mesures. Depuis, des mesures plus précises ont été réalisées qui donnent une demi-vie de 5730 ans mais les laboratoires continuent à utiliser la valeur conventionnelle pour éviter les confusions. Le point zéro (à partir duquel est mesuré le temps écoulé depuis la mort de l'organisme dont cette matière est issue) est fixé à 1950.

Découverte du carbone 14

Le carbone 14 a été découvert le 27 février 1940 par Martin Kamen du Radiation Laboratory et Samuel Ruben du département de Chimie de l'Université de Californie, Berkeley. Dès 1934, à Yale, Franz Kurie suggère l'existence du carbone 14. Il observe en effet que l'exposition d'azote à des neutrons rapides produit parfois dans une chambre à brouillard de Wilson une longue et fine trace au lieu de la courte et épaisse trace caractéristique d'une particule alpha. Dès 1936, il est établi que les neutrons rapides réagissent avec l'azote pour donner du bore tandis que les neutrons lents réagissent avec l'azote pour donner du carbone 14. Ceci correspond à la « découverte au sens physique » du carbone 14 par opposition à la « découverte au sens chimique » du carbone 14, c'est-à-dire sa production en quantité suffisante pour pouvoir mesurer une activité.

Kamen et Ruben collaborent à des recherches interdisciplinaires sur les traceurs biologiques dans le but de déterminer le produit initial de la fixation du dioxyde de carbone lors de la photosynthèse. L'utilisation du carbone 11 comme traceur est très difficile à cause de la demi-vie de 21 minutes seulement de ce radioisotope. Ruben essaye cependant de développer une technique d'étude de la photosynthèse : il fait pousser une plante en présence de dioxyde de carbone contenant du carbone 11, la tue, puis sépare et analyse ses composants chimiques, avant que la radioactivité ne devienne indétectable, pour trouver quels composants contiennent le traceur. L'échec de cette technique stimule la recherche d'un autre isotope radioactif à plus longue demi-vie, le carbone 14.

Une des principales sources de financement du Radiation Laboratory est la fabrication dans ses cyclotrons de radioisotopes pour la recherche biomédicale. À la fin de l'année 1939, Ernest Orlando Lawrence, directeur du Radiation Laboratory, est inquiet de la concurrence d'isotopes stables rares comme le carbone 13, l'azote 15 ou l'oxygène 18 qui peuvent se substituer aux radioisotopes comme traceurs biologiques. Il offre à Kamen et Ruben un accès illimité aux cyclotrons de 37 et 60 pouces pour déterminer si des radioisotopes de longue demi-vie de l'hydrogène, du carbone, de l'azote ou de l'oxygène existent ou non. Une campagne de recherche systématique est lancée qui commence par le carbone. Kamen et Ruben bombardent du graphite avec des noyaux de deutérium (deutons ou deutérons). L'activité qu'ils mesurent le 27 février 1940 est faible, environ quatre fois le bruit de fond, mais confirme l'existence du carbone 14 dont la demi-vie se révèle être de plusieurs milliers d'années bien plus que ne prévoyait la théorie. Cette longue demi-vie explique pourquoi le carbone 14 n'a pas été découvert auparavant.

Kamen et Ruben constatent par la suite que la réaction de neutrons lents avec de l'azote pour donner du carbone 14 est nettement plus productive que la réaction de deutérons avec du carbone 13. L'application comme traceur biologique du carbone 14 reste toutefois limitée à cause du mode de production qui exige l'emploi d'un cyclotron comme source de neutrons. Après la Seconde Guerre mondiale, le développement des réacteurs nucléaires, qui utilisent le graphite comme modérateur, autorise la production massive de carbone 14 dont l'emploi se répand dans tous les domaines de recherche biomédicale.

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