Les nucléides radioactifs se désintègrent progressivement suivant la loi de désintégration radioactive (Allègre, 2005Allègre C., 2005 : Géologie isotopique, Belin, 492 p.) : Nt = N0 e-λt. Avec : Nt le nombre de noyaux radioactifs présents à l’instant t ; N0 le nombre de noyaux radioactifs présents à l’instant initial (formation ou modification de l’objet) ; λ la constante de désintégration, caractéristique du noyau radioactif.
La demi-vie (t1/2) indique le temps au bout duquel il ne reste que la moitié du nombre d’atomes radioactifs présents au départ. Elle dépend de la constante de désintégration t1/2 = ln2/λ. Pour un élément chimique donné la datation d’un objet est possible jusqu’à environ dix fois la durée de la demi-vie (10 t1/2).
| Méthode | Atome père | Atome fils | t1/2) | Période de datation | Objets datables |
|---|---|---|---|---|---|
| Potassium-argon | 40K | 40Ar | 1,25 Ga | > 100 000 ans | minéraux potassiques, feldspaths potassiques, illite, glauconie |
| Uranium/thorium | 234U | 234Th | 245 500 ans | 10 000 – 500 000 ans | minéraux carbonatés : spéléthèmes |
Les nucléides cosmogéniques
Les nucléides cosmogéniques se forment dans l’atmosphère, par l’interaction entre des atomes de l’air et des protons issus du rayonnement cosmique (EnSavoirPlus 4.5). Les principaux nucléides formés sont le carbone 14 (14C), le béryllium 10 (10Be), l’aluminium 26 (26Al) et le chlore 36 (36Cl). Ils s’accumulent dans le réseau cristallin des minéraux en formation exposés à l’atmosphère. Leur désintégration progressive permet la datation des objets, de la même manière que les atomes radioactifs terrestres. Les isotopes cosmogéniques sont également utilisés comme proxy de l’irradiance solaire (EnSavoirPlus 4.4).
La datation au carbone 14
La méthode basée sur les nucléides cosmogéniques la plus courante utilise le carbone 14, ou « radiocarbone » (14C). Cette méthode permet de dater tous les objets contenant du carbone : charbon, os, carbonates, etc. La datation est possible jusqu’à 50 000 ans.
Les atomes de 14C produits dans l’atmosphère s’oxydent pour former du dioxyde de carbone radioactif (14CO2). Ce gaz est absorbé par la végétation lors de la photosynthèse. Le 14C s’incorpore ensuite dans les autres organismes de la chaîne alimentaire, où il s’accumule. Après la mort des organismes, il n’y a plus d’accumulation et seule a lieu la désintégration. Les intensités des champs magnétiques solaire et terrestre varient au cours du temps, modulant les rayons cosmiques atteignant la surface terrestre. La production de 14C dans l’atmosphère varie parallèlement. Il est donc nécessaire de calibrer les dates obtenues. Sur certains objets naturels, la datation par le carbone 14 peut être corrélée avec une autre méthode, comme la dendrochronologie. Des courbes de calibration reliant l’âge radiocarbone et l’âge réel (âge calendaire) ont été construites. Les courbes INTCAL permettent de calibrer les datations au 14C depuis 26 000 ans BP jusqu’à l’actuel.
