Méthodes de datation appliquées à la géologie du Quaternaire
Introduction
Je vous parlais dans mon précédent article introduisant mon sujet de thèse de plusieurs méthodes de datations qui me permettront d’essayer de mieux comprendre la chronologie de la déglaciation depuis la dernière période glaciaire dans ma zone d’étude. Dans cet article, nous allons introduire de manière très simple le principe de chacune de ces méthodes et discuter des applications dans ma thèse ainsi que des précautions à prendre pour en interpréter les résultats. Ne perdons pas plus de temps et commençons !
Radiocarbone / 14C
Commençons par les datations au 14C (lire Carbone 14), qui est certainement la méthode la plus connue du grand publique (et la plus ancienne) parmis celles que je vais présenter ici. Dans la nature, il existe trois isotopes du carbones. Pour rappel, des isotopes sont des atomes ayant le même nombre d’électrons et de protons (6 pour le carbone) et ayant donc des propriétés chimiques identiques mais un nombre de neutrons différents, ce qui fait légèrement varier leur masse. L’isotope du carbone de loin le plus abondant est le 12C, qui possède dans son noyau 6 protons et 6 neutrons. Le 13C, beaucoup plus rare, possède 6 protons et 7 neutrons. Enfin, le 14C possède 6 protons et 8 neutrons. Les isotopes 12 et 13 sont stables tandis que le 14 est radioactif, il se désintègre en 14N (azote 14).
La plupart des molécules qui constituent les êtres vivants contiennent des atomes de carbone. Tant qu’il est en vie, un être vivant échange du carbone avec l’atmosphère en se nourrissant et en respirant. Il va donc y avoir un équilibre entre la proportion de 14C (c’est-à-dire le rapport 14C/Ctotal) que l’on trouve dans l’atmosphère et celle que l’on retrouve dans les molécules des êtres vivants (oui, vous avez du carbone radioactif en vous). Lorsque cet être vivant meurt, il cesse d’échanger du carbone avec l’atmosphère. Les isotopes 12 et 13 étant stables, leur quantité va rester constante dans les restes de l’organisme, alors que l’isotope 14, radioactif, ne va plus être « réapprovisionné » par les échanges atmosphériques, sa quantité va diminuer au cours du temps. Plus l’organisme est mort il y a longtemps, plus le rapport 14C/Ctotal sera donc faible dans ses restes. Il suffit alors de connaître le rapport 14C/Ctotal dans l’atmosphère et le taux de désintégration du 14C (appelée période de demi-vie, temps nécessaire pour que la moitié des isotopes radioactifs restants à un temps t se soient désintégrés) pour savoir depuis combien de temps l’organisme étudié est mort !
Il y a cependant un problème, le rapport 14C/Ctotal de l’atmosphère n’est pas constant dans le temps ! On ne peut donc pas bêtement appliquer le rapport actuel pour calculer un âge au radiocarbone. Pour palier à cela, on utilise une courbe de calibration. En appliquant la méthode radiocarbone sur des objets déjà datés par d’autres approches, on change l’inconnue du problème. Connaissant l’âge de l’objet et la demi-vie du 14C, on peut obtenir le rapport 14C/Ctotal atmosphérique initial ! Ainsi, lorsque l’on fait une datation radiocarbone, on calcule un âge non calibré, à partir du rapport 14C/Ctotal actuel. Cet âge dit « non calibré » est ensuite projeté sur une courbe d’étalonnage qui donnera une tranche d’âge réel possible, c’est-à-dire un âge dit « calibré » corrigé par rapport aux fluctuations du rapport 14C/Ctotal au cours du temps.
La principale limite de la datation au radiocarbone est le temps maximum jusqu’auquel il est possible de remonter. On considère en général qu’à partir d’un temps de 7 à 8 demi-vies (soit environ 40 000 à 50 000 ans), la quantité d’isotope 14 restante est trop faible pour être quantifiée de façon fiable. Les datations au radiocarbone sont très utilisées pour dater des objets archéologiques (os, manches d’outils en bois …). Il faut également garder à l’esprit que ce que l’on date théoriquement (s’il n’y pas eu de pollution postérieure de l’échantillon) est la mort d’un organisme. Si vous effectuez une datation sur les poutres d’une vieille église par exemple, vous daterez le moment où les arbres ont été coupés, pas la construction du bâtiment.
Dans le cadre de ma thèse, puisque je travaille principalement sur la dernière période de déglaciation, ma période d’étude se situe globalement entre des âges de 25 000 à 12 000 ans. Cela signifie que des âges radiocarbones peuvent théoriquement être utilisés pour dater certains objets. Par exemple, nous avons retrouvés des morceaux de bois dans des niveaux argileux (des sédiments probablement déposés dans un ancien lac). Nous allons effectuer des datations radiocarbone pour essayer de savoir depuis quand les arbres d’origine de ces morceaux de bois sont morts et donc quand est ce qu’ils ont été entraînés au fond de ce lac. Egalement, des restes archéologiques d’occupations humaines préhistoriques (il y en a quelques unes dans la zone), si elles sont datées au 14C (restes d’outils, de charbon …), pourraient nous indiquer à quelles périodes la zone était suffisamment déglacée pour que des humains s’y établissent et y survivent.
Cet article étant déjà un peu long, nous allons nous arrêter ici pour cette fois et nous présenterons les deux autres méthodes dans une seconde partie !