Il y a soixante-dix ans, le chimiste américain Willard Libby a mis au point une méthode ingénieuse pour dater les matières organiques. Sa technique, connue sous le nom de datation au carbone, a révolutionné le domaine de l'archéologie.
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Les chercheurs pouvaient maintenant calculer avec précision l'âge de tout objet fabriqué à partir de matériaux organiques en observant la quantité de carbone restante, puis en calculant à rebours pour déterminer à quel moment la plante ou l'animal dont provient le matériau était mort. Cette technique, qui a valu à Libby le prix Nobel en 1960, a permis aux chercheurs de dater des tatouages sur des momies anciennes, d'établir qu'une bibliothèque britannique abritait l'un des plus anciens corans du monde et de déterminer que la plupart de l'ivoire faisant l'objet d'un trafic venait d'éléphants tués au cours des trois dernières années. années.
Aujourd'hui, la quantité de dioxyde de carbone que l'homme émet dans l'atmosphère terrestre menace de fausser la précision de cette technique pour les futurs archéologues qui s'intéressent à notre époque. En effet, les combustibles fossiles peuvent modifier l’âge au radiocarbone des nouveaux matériaux organiques, les rendant difficiles à distinguer des matériaux anciens. Heureusement, les recherches publiées hier dans la revue Environmental Research Letters offrent un moyen de sauver le travail de Libby et de revitaliser cette technique de datation cruciale: il suffit de regarder un autre isotope du carbone.
Un isotope est une forme d'élément avec un certain nombre de neutrons, qui sont les particules subatomiques trouvées dans le noyau d'un atome sans charge. Alors que le nombre de protons et d'électrons dans un atome détermine de quel élément il s'agit, le nombre de neutrons peut varier considérablement entre différents atomes du même élément. Près de 99% de tout le carbone sur Terre est du carbone 12, ce qui signifie que chaque atome a 12 neutrons dans son noyau. La chemise que vous portez, le dioxyde de carbone que vous inhalez et les animaux et les plantes que vous mangez sont tous formés principalement de carbone 12.
Le carbone 12 est un isotope stable, ce qui signifie que sa quantité dans n'importe quel matériau reste la même année après année, siècle après siècle. La technique révolutionnaire de datation au radiocarbone de Libby a plutôt porté sur un isotope du carbone, beaucoup plus rare: le carbone 14. Contrairement au carbone 12, cet isotope de carbone est instable et ses atomes se décomposent en isotope d'azote sur une période de plusieurs milliers d'années. Le nouveau carbone 14 est toutefois produit à une vitesse constante dans la haute atmosphère terrestre lorsque les rayons du soleil frappent des atomes d'azote.
La datation au radiocarbone exploite ce contraste entre un isotope du carbone stable et instable. Au cours de sa vie, une plante absorbe en permanence le carbone de l'atmosphère par la photosynthèse. Les animaux, à leur tour, consomment ce carbone lorsqu'ils mangent des plantes, et le carbone se propage au cours du cycle alimentaire. Ce carbone comprend un rapport constant de carbone 12 et de carbone 14.
Quand ces plantes et ces animaux meurent, ils ne prennent plus de carbone. À partir de ce moment, la quantité de carbone 14 dans les matières restantes de la plante ou de l'animal diminuera avec le temps, tandis que la quantité de carbone 12 restera inchangée. Un scientifique peut mesurer le rapport entre le carbone 14 restant et le carbone 12 non modifié afin de déterminer le temps écoulé depuis la mort du matériau. Les progrès de la technologie ont permis à la datation au radiocarbone de devenir précise en quelques décennies à peine.
La datation au carbone est un moyen brillant pour les archéologues de tirer parti des mécanismes naturels de décomposition des atomes. Malheureusement, les humains sont sur le point de tout gâcher.
Le processus lent et régulier de création de carbone 14 dans la haute atmosphère a été réduit à néant au cours des siècles passés par les humains rejetant dans l'atmosphère du carbone provenant de combustibles fossiles. Les combustibles fossiles étant vieux de plusieurs millions d’années, ils ne contiennent plus aucune quantité mesurable de carbone 14. Ainsi, alors que des millions de tonnes de carbone 12 sont rejetées dans l'atmosphère, le rapport constant de ces deux isotopes est perturbé. Dans une étude publiée l'année dernière, Heather Graven, physicienne au Imperial College London, a expliqué en quoi ces émissions de carbone supplémentaires fausseraient la datation au radiocarbone.
Selon Peter Köhler, auteur principal de la nouvelle étude et physicien à l'Institut Alfred Wegener de recherche polaire et marine, les nouveaux échantillons de matières organiques auront apparemment la même date de radiocarbone qu'il y a 1 000 ans. Les émissions continues de dioxyde de carbone provenant de la combustion de combustibles fossiles vont encore fausser les ratios. "Dans quelques décennies, nous ne serons pas en mesure de déterminer si l’âge du radiocarbone que nous produisons ou si le carbone provient du passé ou du futur", a déclaré Köhler.
S'inspirant des recherches de Graven, Köhler s'est penché sur l'autre isotope naturel du carbone, le carbone 13, à l'état naturel. Bien que le carbone 13 représente un peu plus de 1% de l'atmosphère terrestre, les plantes absorbent ses atomes plus grands et plus lourds à un taux beaucoup plus bas que le carbone 12 lors de la photosynthèse. Ainsi, le carbone 13 se trouve à de très faibles concentrations dans les combustibles fossiles produits à partir de plantes et chez les animaux qui les consomment. En d'autres termes, la combustion de ces combustibles fossiles est aussi supérieure aux niveaux atmosphériques de carbone 13.
En mesurant si ces niveaux de carbone 13 sont asymétriques dans un objet daté au radiocarbone, les futurs scientifiques seront alors en mesure de savoir si les niveaux de carbone 14 de l'objet ont été biaisés par les émissions de combustibles fossiles. Un niveau de carbone 13 moins élevé que prévu dans un objet servirait de drapeau rouge indiquant que sa date de radiocarbone ne pouvait être fiable. Les chercheurs pourraient alors ignorer la date et essayer d'autres méthodes pour dater l'objet.
"Vous voyez clairement que si vous avez un effet sur le carbone 14 qui vous donnerait une signature d'âge plutôt problématique, vous avez également cette signature en carbone 13", a déclaré Köhler. "Par conséquent, vous pouvez utiliser le carbone 13 pour distinguer si le radiocarbone est affecté et donc incorrect ou non."
Köhler admet que sa technique ne fonctionnerait pas avec des matériaux récupérés dans des zones océaniques profondes où le carbone est lent à échanger avec le reste de l'atmosphère, mais il pense que cela aidera les futurs archéologues à faire le tri dans les vestiges de notre époque de pollution.
La paléoclimatologue de l'Université Queen's, Paula Reimer, souligne que souvent, la mesure du carbone 13 n'est pas nécessaire, car les archéologues peuvent généralement utiliser la couche sédimentaire dans laquelle un objet a été vérifié pour vérifier son âge. Mais pour les objets trouvés dans des zones où les couches de la Terre ne sont pas claires ou ne peuvent pas être datées correctement, cette technique pourrait servir de vérification supplémentaire. Le travail de Köhler "rassure quelque peu sur le fait que [la datation au radiocarbone] restera utile pour des échantillons uniques à l'avenir", a déclaré Reimer.
Note de l'éditeur: Cet article a été mis à jour pour inclure l'affiliation de Peter Köhler.
