La datation par le carbone 14 repose sur la mesure de l’isotope radioactif du carbone, le carbone 14. Le carbone est composé, dans sa forme la plus commune, de 6 protons, 6 neutrons et 6 électrons. C’est ce que l’on appelle de carbone 12. Néanmoins, certains carbones possèdent 7, voire 8 neutrons, et sont alors appelés en carbone 13 et 14, en référence à leur masse atomique (protons + neutrons). Le carbone 14 ne représente que 1,2 .10-12 de la quantité totale de carbone dans l’atmosphère.
Cette méthode du carbone 14 a été développée par Libby dans le milieu du XXe siècle. Elle repose sur la décroissance radioactive connue du carbone 14. Au cours de sa vie, un être vivant échange une permanence avec l’atmosphère par la consommation de nourriture ou par la photosynthèse. Il est considéré que le carbone 14 est en quantité constante dans cet être vivant. Après sa mort, la quantité de carbone 14 commence à diminuer tout en suivant une fonction exponentielle connue.
La période de décroissance radioactive, ce qui correspond au temps nécessaire pour que la moitié des atomes de carbone 14 se soient désintégrés, a été calculée par Libby à 5568 ± 30 ans. Toutefois, cette estimation a été légèrement sous-estimée et a été recalculée à 5730 ± 40 ans (Cambridge Half-Life). En outre, l’hypothèse qu’il existe une quantité stable de carbone 14 dans un être vivant au cours de sa la vie a également été remise en question. Il a été prouvé que cette valeur change parce que la fabrication de carbone 14 dans l’atmosphère n’est pas constante. Il était donc nécessaire de créer une courbe de calibration, en faisant des comparaisons avec d’autres méthodes de datation, la plus utilisée étant la dendrochronologie.
La datation est toujours effectuée en utilisant la période de demi-vie de Libby. Les âges évalués par carbone 14 sont donnés en années BP (Before Present), correspondant à 1950. Cette année a été choisie parce qu’elle correspond aux débuts des essais nucléaires qui ont artificiellement créé du carbone 14 dans l’atmosphère, et à la première publication de la première des dates carbone 14 obtenues par Libby.
Les dates BP sont ensuite calibrées grâce aux courbes de calibration, la plus récente étant IntCal2009. Les dates sont alors données à l’âge AD et BC, ou encore en BP pour certaines civilisations.
La datation par le carbone 14 exige une préparation spécifique de l’échantillon afin d’éliminer la contamination de matériaux à base de carbone récents et d’isoler le carbone d’origine.
A Oxford, l’échantillon est analysé à l’aide d’un spectromètre de masse couplé à un accélérateur de particules.
L’échantillon est ionisé par bombardement dans une source d’ions, à base de césium. Les particules formées sont chargées négativement, ce qui élimine l’azote 14, l’isobare principal du carbone 14, car il ne forme pas d’ions négatifs. Des champs électromagnétiques sont alors utilisés pour sélectionner les ions ayant une masse égale à 14. Toutefois, cette masse couvre plusieurs espèces chimiques y compris les hydrocarbures moléculaires. Ces particules sont ensuite attirées par une source haute tension (2,5 MVolts) et les ions moléculaires sont réduits l’aide d’un gaz. Les électrons sont arrachés au cours de ce processus, les atomes sont ensuite accélérés et les atomes de C14 sont séparés en fonction de leur vitesse. Ils sont comptés par le détecteur constitué d’une cage de Faraday. Nous savons donc combien d’atomes de carbone 14 sont présents dans l’échantillon et par comparaison avec des échantillons dont l’âge est connu, l’âge de l’échantillon en années BP est déduit puis calibré. La durée des analyses avec l’AMS d’un échantillon est d’environ 1-2 heures au total.
Contributeur : A. Bonneau