Tout le monde se souvient des travaux du professeur Libby1, de 1953 à 1955, travaux qui lui valurent le prix Nobel. Il utilisait le carbone radio-actif (carbone 14) pour obtenir un moyen de dater des restes carbonatés. Cette méthode, qu’il n’a cessé de perfectionner depuis, a fait grand bruit dans les milieux savants, tant physiciens qu’historiens. Car pour la première fois on pensait disposer d’un instrument absolu de datation.
1 W.F. LIBBY, Radiocarbon dating, University of Chicago Press, Chicago, 1955, p. 2, 3.
Nous nous proposons dans ce chapitre d’exposer sommairement les principes de la méthode, et de formuler les différentes critiques qu’on peut lui adresser.
1) Les rayons cosmiques : des particules dangereuses
L’espace interstellaire est rempli de poussières, d’hydrogène et de particules diverses qui sillonnent le « ciel » en tous sens. Ces particules proviennent en grande partie des étoiles, et sont éjectées avec une vitesse vertigineuse. De plus elles ont une certaine énergie capable de modifier profondément la nature des cibles qu’elles rencontrent sur leur chemin. On peut comparer leur action à celle de boules de billards. Lancées à grandes vitesses, ces boules briseraient d’autres boules qu’elles rencontreraient. Ces particules dangereuses s’appellent les rayons cosmiques.
La terre en reçoit d’énormes quantités. Heureusement nous sommes protégés de leur action destructrice par l’atmosphère qui nous entoure et par le champ magnétique terrestre. En effet, ces rayons cosmiques sont arrêtés par les milliards de milliards de particules qui constituent notre atmosphère.
Cette atmosphère, nous le savons, est composée d’azote (78.8%), d’oxygène (21%), de gaz carbonique (0,21 %) et de traces de gaz rares et de molécules d’eau. Les couches externes de l’atmosphère sont composées principalement d’ozone, principale cible à cause de sa position extérieure. Le champ magnétique terrestre dévie également une grande partie des rayons cosmiques vers les pôles, où la bataille se termine par ces scènes féeriques que sont les aurores boréales.
2) La transmutation de l’azote
Lorsque les rayons cosmiques rencontrent l’atmosphère terrestre, ils brisent les molécules rencontrées grâce à la violence du choc. Il se produit alors des rayonnements dangereux pour l’organisme. Naissent aussi toute une famille de nouvelles particules, les neutrons, qui vont jouer un grand rôle. En effet. ceux-ci vont heurter à leur tour les particules atmosphériques, en particulier l’azote — en plus grande proportion — qui attire les neutrons. La plupart des neutrons vont donc heurter les molécules d’azote. (Il s’agit presque essentiellement d’azote 14, l’azote 15 n’’intervenant que dans la proportion de 0.038% des cas.) La violence du choc est telle que la désintégration a lieu, selon les trois schémas suivants :
Dans (I) nous avons comme résultat un carbone 14 et un noyau d’hydrogène.
Dans (II), par contre, on obtient un bore 11 et un hélium 4.
Dans (III), on aboutit à un carbone 12 et un hydrogène 3.
Des études expérimentales montrent que la plus importante des trois réactions est de beaucoup, la première, devant la troisième déjà presque négligeable, et devant la deuxième, encore plus négligeable.
On peut donc dire que, sous l’action du neutron, l’azote se transforme en 14C. Chaque année, cette « usine » naturelle en produit 9,8 kg pour toute l’atmosphère terrestre.
3) Pénétration du 14C dans la biosphère
Par l’ensemble de ses propriétés chimiques, le 14C ne diffère pas beaucoup du 12C qui constitue la majeure partie du charbon dans la nature. Sous l’action de l’oxygène atmosphérique, le 14C va, comme le 12C, produire du gaz carbonique CO2. Celui-ci va être absorbé par les plantes et par la mer. Ceci explique la présence dans la mer et dans les plantes de gaz carbonique, puis de 14C, car la mer et les plantes laissent échapper l’oxygène du CO2, mais retiennent le carbone. L’homme, en consommant les plantes, absorbe lui aussi du carbone, tant 14C que 12C, le premier, bien entendu, en très faible quantité.
Tant que la plante vit, tant que l’être vivant subsiste « en vie », le 14C qui imprègne ses tissus est reconstitué. Mais dès que la mort l’atteint, le 14C commence à se désintégrer, comme tous les corps radioactifs. On peut alors, connaissant le taux de 14C de l’organisme, calculer le temps qui s’est écoulé depuis le moment de sa mort. On comprend l’intérêt de cette méthode, qui permet de « dater » tous les êtres autrefois vivants : tous, en effet, ont absorbé du 14C.
4) Deux frères qui ne se ressemblent pas
Sur le plan des propriétés chimiques, les deux carbones, 12C et 14C sont identiques. Rien ne les distingue. Mais il y a cependant une différence fondamentale entre eux. Prenons d’un côté de l’anthracite, qui est du 12C, et d’un autre côté un morceau de bois contenant aussi du 14C, parmi le 12C. Avec le gaz carbonique purifié obtenu à partir de ces deux échantillons, un compteur de type Geiger-Muller réagira de façon bien différente.
En face de l’anthracite, le compteur reste muet. En présence du carbone issu du bois, il fait entendre des « tops » caractéristiques.
On dit que le 14C se désintègre. Il est en train de se transformer, en libérant des particules bêta, que le compteur capte. Au cours de cette désintégration, la masse diminue. Cette variation de masse sera précieuse pour la datation par le 14C.
1) Le 14C est une horloge naturelle
Comment peut-on utiliser cette désintégration pour calculer l’âge d’un échantillon contenant du 14C ? Les savants ont été capables de calculer que le 14C se désintègre à une vitesse constante, qui est de 12,7 désintégrations par minute et par gramme (dpm/g). Le compteur Geiger fera donc entendre environ 12 tops par minute et par gramme. On a étudié le taux de désintégration correspondant2 pour connaître les différents facteurs qui pourraient l’influencer. On s’est aperçu que ce taux demeure constant. De plus, on a remarqué qu’une certaine masse initiale de 14C met 5730 ans3 pour être réduite de moitié. Cet intervalle de temps s’appelle la période.
2 H. FAUL, Nuclear Geology, John Wiley, New York, 1955, p. 9, 10. L’auteur affirme que toute tentative expérimentale de mettre en évidence un changement du taux de désintégration s’est toujours soldé par un échec jusqu’à maintenant. Toutes les expériences des centres atomiques du monde entier s’appuient en partie sur la constance de ce taux. Notons cependant que quelques travaux récents semblent remettre en question cette constance. Voir par exemple les travaux mentionnés à la note 2 du chapitre 29.
3 Tout le monde s’accorde maintenant à adopter comme période T = 5730 ans.
Ce fait expérimental va nous conduire à une formule permettant d’évaluer l’âge d’un échantillon quelconque. A partir d’une quantité initiale de 14C, il faudra 5730 ans pour que cette masse soit réduite de moitié. Au bout de 2 × 5730 ans, elle ne sera plus que le 1/4 de sa masse initiale. Au bout de 3 × 5730 ans, elle sera le 1/8, etc. (voir graphique au chapitre 29 : Les datations absolues).
Dès lors, un simple calcul permet d’écrire que le rapport entre la masse initiale et la masse à un instant donné est le suivant :
14C dans l’échantillon à mesurer / 14C dans l’échantillon lors de sa mort = e-λt. (IV)
Dans cette formule on a :
λ = taux de désintégration du 14C (= Cte),
t = temps écoulé depuis la mort (= âge de l’échantillon),
14C au numérateur = carbone 14 contenu dans l’échantillon que l’on mesure,
14C au dénominateur = carbone 14 dans un échantillon contemporain.
2) Les hypothèses fondamentales des évaluations
En établissant la formule IV, on suppose que :
a. La proportion de carbone 14 contenu aujourd’hui dans un échantillon vivant de même nature est la même qu’autrefois, au moment où l’échantillon à mesurer a vécu. Ceci est vrai si le flux de rayons cosmiques n’a pas varié dans le passé. C’est faux dans le cas contraire ;
b. Le carbone 14 que l’on mesure dans l’échantillon n’a pas été contaminé par d’autres carbones 14 provenant du milieu. La moindre contamination fausserait le résultat4.
4 J. TUZO WILSON et al. <Radioactivity and age of Minerals, dans « Handbuch der Physik », Band XLVII, Geophysik I, Springer-Verlag, 1956, p. 347.
Nous ne devons jamais oublier ces hypothèses dans l’interprétation des résultats.
3) Les pollutions perturbent les mesures
Les pollutions atmosphériques perturbent les résultats de la méthode au 14C comme la plupart des autres méthodes radioactives d’ailleurs. En effet, depuis le début du 20e siècle, les industries ont rejeté dans l’atmosphère une énorme quantité de gaz carbonique. Or, ce gaz carbonique contient beaucoup plus de 12C que de 14C, car il provient de la combustion de produits carbonés fossiles. A l’inverse, depuis l’ère atomique, les explosions nucléaires ont notablement augmenté la proportion de 14C dans l’atmosphère. Ces variations introduisent donc de nombreuses causes d’erreurs dans les mesures5.
5 H.G. COFFIN, Creation, Accident or Design ?, Washington, 1969, p. 302, 303. Voir aussi H. de VRIES et HT. WATERBOLK, « Science », 128, 1550-1556 (1958) qui font aussi remarquer qu’entre 1953 et 1957, la quantité de 14C atmosphérique a augmenté de 5% à cause des explosions atomiques.
Pour pallier ces inconvénients, on décide de prendre comme origine des dates — donc comme critère de référence — l’époque ayant précédé immédiatement l’essor de la grande industrie. On a choisi 1850. Par ce procédé, on évite en grande partie les incertitudes dues à la proportion actuelle de 14C qui est trop changeante.
1) Trop faible quantité de 14C à disposition
Pour faire une mesure, il faut d’abord commencer par incinérer le bois afin d’isoler son carbone. Il faut ensuite purifier l’échantillon de toute activité étrangère. Libby estimait qu’il faut plus de 8 g de carbone 14 afin que l’on ait au moins une désintégration par seconde. Ceci exige une masse de bois d’environ 60 g. Pour de la tourbe, il faut. au minimum 200 g. Or, les échantillons dont on dispose sont quelquefois trop précieux pour qu’on les détruise et en général leur masse est très faible6. On doit toujours en tenir compte par conséquent dans l’interprétation des résultats.
6 F. RAINEY, E.K. RALPH, Archaeology and its now Technology, « Science », 153, 1966, p. 1481.
2) Attention aux parasites
Nous avons vu que pour effectuer une mesure, on doit dénombrer les « tops » du compteur Geiger-Muller. Pour cela, il faut éliminer toutes les sources de parasites susceptibles d’engendrer des « tops » identiques. Parmi ceux-ci, il y a bien entendu les autres radio-éléments mais surtout les rayons cosmiques qui arrivent jusqu’au sol et qui peuvent même atteindre une profondeur de 1000 m sous terre ! Il faut dire que les physiciens ont fait un progrès considérable dans l’amélioration des conditions expérimentales en utilisant par exemple la méthode dite de l’acétylène ou du benzène afin d’éliminer les sources de bruits7.
7 H. FAUL, op. cit., p. 352, 354.
3) Précisions de datations au 14C
Comme nous le verrons, les mesures seront toujours entachées d’une erreur de ± 150 à ± 200 ans, quelquefois même + 300 jusqu’à + 500 ans8. Examinons ensemble les sources d’erreurs connues :
8 F. RAINEY, E.K. RALPH, op. cit.
a. On ignore la proportion exacte de 14C/12C que le bois possédait à l’origine. Cette incertitude entraîne nécessairement une erreur d’environ + 70 ans. En effet, dans le chiffre que nous avons donné, 12,7 dpm/g, le 7 est incertain. On aurait pu très bien mettre 6 ou 8 à la place, ce qui équivaudrait à ajouter ou retrancher 70 ans environ à l’évaluation de l’âge. Il y a donc une marge d’erreur d’environ un siècle qui s’impose à tout opérateur du fait qu’on ne connaît pas la proportion exacte de 14C contenu dans le bois.
b. L’autre erreur inévitable provient de l’évaluation d’un vieil échantillon. En effet, plus celui-ci est vieux, moins précise est la mesure. Expliquons ceci. Si on a :
12,7/2 = 6,35 dpm/g, l’âge correspondant est 5730 ans,
6,35/2 = 3 dpm/g, l’âge correspondant est environ 11 460 ans,
1 dpm/g, l’âge correspondant est environ 20 000 ans.
Cela revient à dire qu’au-dessus de 20 000 ans, il serait bien difficile de distinguer le « top » de l’échantillon des « tops » parasites dont nous avons parlé plus haut.
Précisons qu’à l’heure actuelle, d’autres techniques permettent d’atteindre une mesure assez bonne jusqu’à 30&nbs;000 ans. C’est, semble-t-il, un maximum bien que l’on ait parfois avancé des chiffres plus élevés (70 000 ans).
4) Le temps donné par les mesures est-il réellement âge de l’échantillon ?
Plusieurs tentatives ont été faites pour comparer les mesures effectuées à l’aide du carbone 14 et celles d’autres méthodes comme, par exemple, la dendrochronologie (méthode de datation s’appuyant sur les cernes du bois). Celle-ci, du moins dans l’hémisphère Nord, loin des tropiques, donne des mesures assez bonnes, en accord avec les dates historiques. On a constaté cependant qu’au lieu d’avoir un accord parfait, il y a bien des divergences. Des comparaisons qui s’étalent depuis 1600 avant J.-C. jusqu’à 1700 après J.-C. montrent que les temps mesurés au 14C ne coïncident pas avec l’âge réel surtout entre 1600 avant J.-C. et 1625 avant J.-C. d’une part et entre 1400-1700 d’autre part9. Dans la tranche 3000 avant J.-C. et 4000 avant J.-C. la comparaison montre que le 14C fournit systématiquement un âge plus récent de 800 ans, ce qui est beaucoup. Disons aussi qu’ailleurs, et dans la limite de la marge d’erreur mentionnée plus haut, le 14C donne un âge tout à fait acceptable. Par exemple :
9 F. RAINEY, E.K, RALPH, op. cit.
— Un bois d’acacia très bien conservé et une poutre de cyprès provenant respectivement de la tombe de Zoser à Sakkara et de la tombe de Sneferu à Meydum (au Musée métropolitain et au Musée de l’Université de Pennsylvanie) ont été estimés par l’archéologue John Wilson entre 2625 avant J.-C. et 2650 avant J.-C. La datation au carbone 14 conduit à un âge moyen de 4750 ans (à 250 ans près), soit une concordance très bonne (2650 avant J.-C. = environ 4650 ans avant nos jours).
— Un bois de cercueil momifié, de l’époque égyptienne des Ptolémées (Université de Chicago), a été estimé par le même J. Wilson à 2280 ans, et à un âge de 2190 ans (à 450 ans près) au radiocarbone.
— On a estimé aussi à 3750 ans l’âge des échantillons prélevés sur un vaisseau funéraire de la tombe de Sésostris III. Par la méthode du 14C, on a trouvé 3621 ans (à 180 ans près).
— Un morceau prélevé sur une poutre de toit de la tombe du vizir Hémada, à Sakkara, contemporain du roi Udimu (1ère dynastie), a été estimé entre 4700 et 5100 avant J.-C., et par le 14C à 4883 ans (à 700 ans près)10.
10 K. KIGOSHI et al., Introduction of systematic studies of the variation of C14 contents in the atmosphere for the past thousand years, dans « International conference on cosmic rays », Vol. 3, Jaipur, 1963, p. 466.
5) Interprétation des divergences
De nombreux savants ont essayé d’interpréter ces nombreuses divergences. Ils sont tous d’accord pour envisager les hypothèses suivantes11.
11 J.R. ARNOLD, 14C age method, dans H. FAUL, « Nuclear Geology », John Wiley, New York, 1955, p. 350.
a. L’intensité des rayons cosmiques n’a pas toujours été constante dans le passé. Une fluctuation du taux de rayons cosmiques reçus dans l’atmosphère entraînerait évidemment une fluctuation proportionnelle du carbone 14 produit. Celle-ci expliquerait alors les anomalies constatées précédemment. On sait effectivement que l’intensité des rayons cosmiques a varié. Ces variations peuvent être périodiques (lorsqu’elles sont liées aux périodes solaires tous les 11 ans) ou tout à fait imprévisibles, comme celles liées à la fluctuation du champ magnétique terrestre qui piège les rayons cosmiques12. On sait très bien à l’heure actuelle que ce champ a varié énormément13.
12 J.J, QUENBY, The time variations of the cosmic rays intensity, dans « Handbuch der Physik », Band XLVI é, Kosmiche Strahlung, II, 1957, p. 310 ; Voir aussi D. LAL and B. PETERS, Cosmic ray produced radioactivity on the earth, dans « Handbuch der Physik », op. cit., p. 531.
13 E. THELLIER, Le magnétisme interne, dans J. GOGUEL, Géophysique, Paris, 1971.
b. Cette variation que l’on observe encore aujourd’hui, a une cause inconnue. Elle prendrait son origine dans le noyau terrestre14.
14 E. THELLIER, op. cit.
c. L’état d’équilibre entre l’atmosphère et les océans a peut-être changé dans le passé15.
15 F. RAINEY, E.K. RALPH, op. cit.
Le déluge permettrait de comprendre ces différentes anomalies que nous avons signalées plus haut. On pourrait penser qu’avant cette catastrophe mondiale, la proportion de carbone 14 était beaucoup plus faible que celle d’aujourd’hui pour les raisons suivantes :
a. Une vapeur d’eau beaucoup plus importante entourait la terre et constituait donc un écran assez efficace pour réduire l’action des neutrons et diminuer la quantité de carbone 14 produit. La présence d’un tel écran de vapeur d’eau est en accord avec le climat tropical qui régna sur la terre entière, comme l’attestent certains fossiles.
b. L’intensité du champ magnétique terrestre aurait eu une valeur beaucoup plus grande que celle d’aujourd’hui. Selon le professeur Thellier, cette intensité aurait antérieurement connu un maximum vers le milieu du 3e millénaire avant nos jours et elle n’a cessé de décroître. Il serait possible, d’après lui, que de telles anomalies aient eu lieu dans des périodes fort anciennes, mais faute de documents exacts, on se contente de formuler des hypothèses16. Après le déluge, la situation a changé. La proportion de carbone 14 a augmenté parce que l’écran protecteur constitué par la vapeur d’eau se retire. Une forte quantité de gaz carbonique formée à partir du carbone 12 s’est dissoute dans l’eau sous forme de carbonates, et le champ terrestre a diminué d’intensité de telle sorte que le taux de production de carbone 14 s’est beaucoup amplifié.
16 E. THELLIER, Magnétisme terrestre, dans J. GOGUEL, op. cit., p. 327. Selon le géophysicien tchèque V. BUCHA, il y a « une correspondance frappante entre la divergence des dates (données par les autres méthodes et le 14C) et le changement dans le passé de l’intensité du champ magnétique terrestre », dans COLIN, RENFREW, Carbon 14 and the Prehistory of Europe, « Scientific American », Vol. 225, octobre 1971, p. 68.
Toutes ces causes expliqueraient que les échantillons datant d’avant le déluge contiennent peu de carbone 14. Non pas parce qu’ils sont extrêmement vieux et l’ont perdu, mais plus simplement parce qu’ils n’en ont jamais contenu beaucoup !
De cette vue d’ensemble, on peut tirer les conclusions suivantes :
Pour nous, nous pensons que le déluge expliquerait en partie ces fluctuations mises au jour par la méthode de datation au carbone 14. Dans ces conditions, le principe même de datation serait faussé puisque les conditions antédiluviennes seraient la cause du faible taux de 14C des échantillons. Loin d’être imputable à une désintégration étendue sur un temps très long, ce faible taux serait dû à la teneur réduite que ces échantillons ont toujours eue de leur vivant. On voit ici encore que les conditions de vie que nous supposons être celles d’avant le déluge concordent parfaitement avec les faits et nous en fournissent une explication cohérente.
