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La datation au carbone 14

Publié le 30 juillet 2013

Au CEA, la datation au carbone 14 est utilisée pour l’essentiel dans deux laboratoires : le Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE) et le Laboratoire de mesure du Carbone-14 (LMC-14). En tant qu’application du nucléaire dans le domaine des faibles radioactivités, la datation au carbone 14 fait partie des domaines d’expertise du CEA depuis le milieu des années 1950. Les chercheurs ont ainsi contribué au développement des technologies utilisées pour cette méthode, ainsi qu’à son utilisation pour des études sur le climat, l’archéologie… Le CEA poursuit aujourd’hui le développement de nouvelles technologies pour optimiser la datation au carbone 14. Il intervient également en tant que prestataire ou coordinateur de recherche auprès de nombreux partenaires.

Le développement
des outils de datation au CEA

Les ingénieurs-chercheurs du CEA ont largement contribué à mettre en œuvre puis à optimiser la datation au carbone 14, aussi bien dans les méthodes de mesure que dans la préparation des échantillons à analyser :

  • conception de compteurs proportionnels à gaz (CO2) et optimisation de leur étalonnage pour réaliser les premières datations au carbone 14 dans les années 1950 par comptage de la radioactivité béta (ß)

  • acquisition d’un des premiers accélérateurs d’ions « Tandem » en 1983 pour la mesure directe des atomes de carbone par spectrométrie de masse par accélérateur (SMA). En diminuant à quelques milligrammes (contre quelques grammes auparavant) la quantité de matière nécessaire pour cette technologie, le CEA a amélioré la calibration des âges carbone 14 (en 1993, la gamme d’âges mesurables atteignait environ -25 000 ans, contre -10 000 auparavant).

  • définition de protocoles de préparation et de purification des échantillons, traitements mécaniques et chimiques des carbonates et matières organiques ;

  • automatisation des protocoles de production des échantillons en amont de leurs mesures ;


L’ensemble de ces avancées a permis une standardisation du recours à la datation au carbone 14 sur les sites archéologiques et plus largement, pour des études de l’environnement et du climat (par exemple la datation de mortiers historiques, des éruptions volcaniques…).


Spectromètre de masse par accélérateur (SMA) Artemis
Spectromètre de masse par accélérateur (SMA) Artemis. © P.Stroppa/CEA



La réalisation
de la datation au carbone 14
au CEA

Le Laboratoire de Mesure du Carbone-14 (LMC-14) a été créé en 2003 pour réaliser les mesures de leur communauté scientifique, grâce à la mise en commun des moyens de cinq organismes : ce sont – outre le CEA – le CNRS, l’IRD (Institut de recherche pour le développement), l’IRSN (Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire) et le Ministère de la Culture et de la communication. Le LMC-14 est doté d’un des appareils les plus performants : le spectromètre de masse par accélérateur ARTEMIS, mis en fonctionnement en 2003. Il est en charge de la réalisation technique de la datation (préparation physico-chimique des échantillons et mesures) ainsi que de la mesure des échantillons issus d’autres laboratoires de préparation, tels que le LSCE, IDES-Paris/Sud, Le Louvre, Claude Bernard/Lyon…



L’expertise
dans l’étude du climat

Outre son travail sur la métrologie (science des mesures), le LSCE effectue des datations avec le LMC-14 pour étudier l’évolution du climat et du cycle du carbone, ainsi que celle du peuplement humain ou bien encore la dynamique des éruptions volcaniques.

Au LSCE, le carbone 14 est utilisé en datation des archives climatiques et comme traceur des grands cycles géophysiques. Les domaines de recherche sont :

  • l’archéologie ;

  • les recherches paléo-climatiques et paléo-environnementales ;

  • les études du cycle du carbone dans les sols, dans l’océan moderne et passé et ses échanges avec l’atmosphère et la biosphère continentale.


Le LSCE a par exemple contribué aux mesures de la teneur en carbone 14 contenu dans les océans à travers les programmes de mesures internationales WOCE (World Ocean Circulation Experiment), qui visent à mieux comprendre la circulation océanique moderne, et son rôle sur le climat.



Les recherches menées
sur les techniques et technologies
de datation innovantes

Le CEA, avec le concours de l’Université Paris-Sud 11, du Muséum National d’Histoire Naturelle de Paris, et de la région Île-de-France, doit bientôt acquérir un spectromètre de masse de nouvelle génération (MICADAS) capable de traiter rapidement un grand nombre d’échantillons. Celui-ci permettra dès 2015 aux chercheurs de mieux appréhender la dynamique du cycle du carbone et son lien avec le climat, le devenir des ressources en eau, le transfert des contaminants dans l'environnement et les interactions entre sociétés humaines et biodiversité. 

Le carbone 14 n’est pas le seul isotope radioactif exploitable pour dater ou étudier l’évolution du climat et de l’environnement. Au CEA, les chercheurs du LSCE ont également contribué aux développements des méthodes de datation basées sur d’autres isotopes radioactifs : potassium-argon, argon-argon, ou bien encore sur les déséquilibres dans la famille de l’uranium ou sur la luminescence des minéraux liée aux rayonnements alpha et gamma.


Vannerie de Deir el-medineh
Vannerie de Deir el-medineh, datant du règne de Thoutmosis III - Département des Antiquités Egyptiennes – Musée du Louvre. Cette vannerie a été datée au carbone 14 pour établir la chronologie absolue du règne de Thoutmosis III.
© Anita Quiles / CEA


























Conditionnement des échantillons sous forme de pastilles pour datation au SMA
Conditionnement des échantillons sous forme de pastilles pour datation au SMA. © S.Renard/CEA

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