Principe
Le carbone est constitué de trois isotopes, dont le carbone 12, le plus abondant dans l’atmosphère, et le carbone 13, ainsi que le carbone 14, qui est radioactif. La méthode de datation par carbone 14 consiste à mesurer la proportion de carbone 14 radioactif par rapport aux deux isotopes stables dans un échantillon de matière organique provenant d’un être vivant ayant participé au cycle du carbone. La concentration relative de carbone 14 dans un organisme reste constante pendant sa vie en raison de la respiration, de l’alimentation, de la photosynthèse et d’autres interactions avec la biosphère. Après la mort de l’organisme, les échanges cessent et la concentration en carbone 14 diminue de moitié tous les 5730 ans. Ainsi, l’analyse de la quantité de carbone 14 résiduel permet de dater la mort de l’organisme, jusqu'à environ 50 000 ans.
Les matières organiques issues d’organismes vivants tels que les ossements, les dents, les coquillages, les tissus, le bois, l’ivoire... offrent la possibilité d’appliquer la méthode de datation par carbone 14 pour déterminer le moment de la mort de l’organisme. Dans le cadre d’une expertise d’objet d’art, cela permet par exemple de connaître l’âge maximal d’un objet en bois ou en ivoire, et d'évaluer sa compatibilité avec son ancienneté supposée. En archéologie, cette approche permet de reconstituer l’histoire chronologique d’un site.
Mesures
Un prélèvement (du microgramme à quelques grammes) est effectué sur l’objet d’art ou d’archéologie à dater. Une succession de réactions physico-chimiques est mise en jeu afin de ne conserver que le carbone contenu dans le prélèvement.
La concentration en carbone 14 est ensuite déterminée à l’aide d’un spectromètre de masse (qui permet la séparation des atomes selon leur masse et leur valence), par comparaison avec des mesures obtenues sur des standards. Un « âge carbone 14 » de l’objet est ainsi obtenu. Parallèlement, la mesure conjointe du carbone 13 (isotope stable du carbone) donne accès à des informations relatives au régime alimentaire de l’organisme daté.
Enfin, l’« âge carbone 14 » est comparé à une courbe d’étalonnage pour relier cet âge relatif à un âge réel pour déterminer depuis combien de temps l’objet existe.