Cycle du Carbone 14
Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone 12 présent en très faible quantité dans notre environnement. A travers l’étude de son cycle nous allons expliquer sa formation dans l’atmosphère, son arrivée dans la biosphère et les modifications que peut provoquer l’activité humaine sur ce cycle.
La Formation du Carbone 14
Le carbone est présent à la surface de la terre sous différentes formes, chacune plus ou moins rare, ainsi, il y a 98,89% de carbone12, 1,108% de carbone13, tous deux isotopes stables, et 0,0000000001% de carbone14, isotope instable, radioactif, communément dénommé radiocarbone. Les numéros 12, 13 et 14 qui suivent le nom de l’atome « carbone » indiquent le nombre de nucléons (les neutrons et les protons) présents dans les noyaux.
La formation du carbone14 est particulière ; en effet, il n’est pas conçu à partir de carbone12 ou de carbone13 mais à partir d’un atome d’azote.
Des particules cosmiques, issues essentiellement de rayonnements solaires pénètrent à grande vitesse dans la haute atmosphère et entrent en collision avec les noyaux des différents atomes qu’elles rencontrent (oxygène, azote, vapeur d’eau etc.…). Ce choc provoque une libération de neutrons qui vont dès lors devenir indépendants. Maintenant totalement libres, certains d’entre eux, vont rencontrer un atome d’azote dans lequel ils vont s’introduire provoquant l’expulsion d’un proton. Ce phénomène de substitution d’un proton par un neutron aboutit dans notre cas à une transmutation d’un atome d’azote en atome de carbone 14 radioactif.
Carbone12 : 6 neutrons ; 6 protons
Carbone13 : 7 neutrons ; 6 protons
Azote14 : 7 neutrons ; 7 protons
Carbone14 : 8 neutrons ; 6 protons
On constate que c’est seulement le nombre de neutrons (entité pourtant électriquement neutre) qui différencie le carbone14 du carbone12.
Son Arrivée dans la Biosphère Terrestre
Le carbone14 entre dans la composition de tous les corps organiques (végétaux, animaux, humains). Quels phénomènes permettent à ce dernier de voyager de l’atmosphère jusque dans la matière organique ?
Tous d’abord le carbone14 (au même titre que le carbone12 et 13) réagit avec une molécule de dioxygène (O2) pour donner naissance à du dioxyde de carbone (CO2) :
14C + O2 = 14CO2
Formation du dioxyde de carbone
Ce dioxyde de carbone est ensuite assimilé par les végétaux grâce à la photosynthèse. En effet, les plantes chlorophylliennes utilisent le C02 (aussi bien le stable que le radioactif), l’eau (H2O) et l’énergie lumineuse pour fabriquer et nourrir leurs cellules tout en rejetant du dioxygène :
614CO2 + 6H2O = 14C6H12O6 + O2
Assimilation végétale du dioxyde de carbone
Les autres êtres vivants (animaux ou humains) consomment ces végétaux, et c’est ainsi que le carbone14 voyage depuis notre atmosphère jusque dans nos cellules (principalement dans les cellules osseuses) où il est présent en quantité infime.
La respiration est un mécanisme qui consomme du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone, il sert à transformer la matière organique en énergie.
Aussi bien les végétaux que les animaux respirent. Ceci confère au cheminement du C14 dans l’environnement un caractère cyclique.
Cycle du Carbone 14 depuis l'atmosphère jusqu'à la biosphère
A noter que des mécanismes plus complexes permettent la pénétration du C14 dans l’océan, rendant possible la datation de fossiles marins.
L’Influence Anthropique sur ce Cycle
La teneur en C14 de la planète est un paramètre essentiel de la datation. En effet, la présence de ce dernier dans les cellules osseuses qui ne se dégradent pas dans le temps et son cycle qui maintient constant son taux dans les organismes vivant permet grâce à la science de dater. Ce taux constant a été estimé dans les année 70 (il concerne aussi bien l’atmosphère que la biosphère).
Malheureusement, l’activité humaine a changé cette donnée diminuant la précision des datations et obligeant les scientifiques à opérer des modifications sur leurs calculs (les âges obtenus sont vieillis de 10 pour cent).
Tout d’abord, lors de la révolution industrielle (fin XIXème jusqu’en 1930) d’énormes quantités de carbones fossiles (pétrole, charbon) ont été utilisées comme combustible et donc brûlées ce qui a fait chuter la teneur en carbone terrestre de 4 pour cent.
Les essais nucléaires de 1980 effectués dans les océans ont augmenté sa teneur en radiocarbone.
Les grandes déforestations (Amazonie) ont également leur part de responsabilité dans ce bouleversement du cycle carbonique.
De plus la biosphère est un puits à forte variabilité interannuelle, ainsi, les quantités de carbone stockées dans ce réservoir peuvent variées de près de 5GT d’une année sur l’autre (conséquences de changements climatiques).
Ainsi les réservoirs de carbone de l’atmosphère, de la biosphère et des océans de notre époque sont modulables et n’ont plus les mêmes caractéristiques que ceux des décennies précédentes.
Ceci est un gros handicap dans la quête de précision des scientifiques.
Maintenant que le cycle du carbone14 n’a plus de secret pour vous, notre seconde partie vous exposera le procédé de datation brièvement évoqué précédemment.
