La datation au carbone 14 est-elle utile pour les fossiles de dinosaures?

Qu'est-ce que le carbone 14?

La matière est formée d'atomes et parmi eux, on trouve le carbone, l'un des atomes les plus présents chez les êtres vivants. Pour faire simple, il en existe différents, selon la composition du noyau des atomes: le carbone 12 est le plus courant, le carbone 14 est très rare dans la nature (environ 1 atome de carbone 14 pour 1 000 milliards de carbone 12).

Le carbone 14 se forme dans la haute atmosphère, principalement sous l'effet des rayons du soleil qui agissent sur les atomes d'azote, le principal composant de l'atmosphère: les rayons du soleil sont responsables d'une série de réactions chimiques qui aboutissent à une transformation de l'azote en carbone 14.

Comme les autres formes du carbone, le carbone 14 va se retrouver dans différentes molécules de l'atmosphère (par exemple dans le dioxyde de carbone, c'est-à-dire le CO₂), qui va ensuite se retrouver partout dans les continents, océans, roches sédimentaires, par le jeu du cycle du carbone sur terre.

Comment le carbone 14 permet-il de dater des objets?

Le carbone 14 va être absorbé par tous les êtres vivants. En effet, les plantes absorbent le CO₂ pour leur photosynthèse, ce qui leur permet de fabriquer leur matière contenant du carbone, par exemple le glucose qui contient 6 atomes de carbone (formule chimique: C₆H₁₂O₆). Or les plantes sont à la base de la plupart des écosystèmes sur terre, leur matière est consommée par les herbivores, qui seront mangés à leur tour par les carnivores...

La totalité des êtres vivants sur terre possède donc du carbone 14 dans leurs propres molécules. Et comme les plantes font leur photosynthèse en permanence dès qu'il y a du soleil et que les herbivores et carnivores se nourrissent eux aussi en permanence, la proportion de carbone 14 qu'ils contiennent est tout au long de leur vie en équilibre avec celle de l'atmosphère.

La particularité du carbone 14 est qu'il n'est pas stable, on dit qu'il est radioactif. Il va spontanément se désintégrer et redonner un atome d'azote au bout d'un certain temps. C'est ce qui explique qu'il n'y a pas beaucoup de carbone 14 sur terre, puisqu'il est en permanence produit et détruit. Chez les êtres vivants, la quantité de carbone 14 n'est stable que lorsqu'ils sont vivants. Dès leur mort, le carbone 14 qu'ils contiennent disparait progressivement au cours du temps, en se désintégrant.

Ainsi, en mesurant la quantité de carbone 14 de restes d'un être vivant et en la comparant avec la quantité de carbone 14 dans l'atmosphère, on peut savoir à quand remonte sa mort:

La désintégration du carbone 14 est régulière, elle suit une loi mathématique: tous les 5730 ans environ, la moitié de la quantité de carbone 14 d'un échantillon se sera désintégrée. Pour la moitié qui reste, 50% auront disparu au bout de 5730 ans supplémentaires, et ainsi de suite. Comme la quantité de carbone 14 d'un être vivant est connue au moment de sa mort et qu'à partir de ce moment-là elle commencera à suivre cette loi de désintégration, on sait qu'il en restera la moitié de la proportion de celle de l'atmosphère au bout de 5 730 ans, le quart au bout de 11 460 ans, le huitième au bout de 17 190 ans, etc. Donc la mesure de la quantité de carbone 14 d'un échantillon issu d'un être vivant permet d'en déduire à quand remonte sa mort. Bien sûr, de nombreuses corrections ont lieu pour s'assurer que cette méthode soit fiable.

Courbe de la décroissance du carbone 14 dans un échantillon au cours du temps.
Le départ du graphique correspond à la mort de l'être vivant. À partir de là, le carbone 14 commence à disparaitre par désintégration radioactive, en se transformant en azote. Ainsi, tous les 5730 ans, la quantité de carbone 14 est divisée par deux.

Quels objets peuvent être datés grâce au carbone 14?

La première condition est qu'il doit s'agir d'un échantillon provenant d'un être vivant (bois, tissus, ossements...) et que l'échantillon doit conserver des molécules avec des atomes de carbone. Ce n'est pas le cas si l'objet s'est complètement fossilisé ou que sa matière organique a été entièrement dégradée par un environnement trop chaud ou recyclée par des décomposeurs.

La deuxième condition est que l'âge ne doit pas être trop ancien. En effet, comme tous les 5730 ans, la moitié du carbone 14 d'un échantillon disparait, on considère qu'il n'en reste pas suffisamment pour une datation au-delà de 50 000 ans environ. C'est donc très insuffisant si on veut dater un fossile de plusieurs dizaines de millions d'années comme celui d'un Allosaurus, mais cela pourra suffire en archéologie pour des restes d'un squelette d'oiseau préhistorique de quelques milliers d'années.

En archéologie, la méthode de datation au carbone 14 est très utilisée dans les sédiments ou dépôts volcaniques dans lesquels se trouvent des débris végétaux. La mort de ces végétaux correspondant au moment du dépôt sédimentaire, leur datation permet alors de dater le dépôt lui-même.

En paléontologie, la datation des fossiles nécessite d'autres méthodes que nous verrons une prochaine fois.

Fresque du muséum de Paris représentant la rotonde de Lascaux.
Les peintures préhistoriques peintes ou dessinées avec des charbons de bois ou des ossements brûlés peuvent être datées par la méthode du carbone 14 depuis les années 1990, grâce à la spectrométrie de masse par accélérateur, qui ne nécessite que quelques milligrammes d'un échantillon.
Photo: Arnaud Salomé

Illustration du titre:
Reconstitution d'un paysage de l'ouest de la France au crétacé, par le dessinateur Mazan.

Mises à jour de l'article

• 13 mai 2023: correction d'une valeur erronée et ajout du graphique de la décroissance radioactive du carbone.

Pour en savoir plus

• Lien externe: La datation par le carbone 14 sur le site du CEA, avec vidéos.
• Lien externe: Datation Radiocarbone sur Os