En quoi la science nucléaire sert-elle au patrimoine historique ? - SFEN

En quoi la science nucléaire sert-elle au patrimoine historique ?

Publié le 18 octobre 2020 - Mis à jour le 23 avril 2021
Synthèse

L’intégration des connaissances de la physique nucléaire en archéologie a révolutionné la datation du passé, en particulier grâce au carbone 14, et a transformé la compréhension de la structure même du mobilier archéologique, grâce à des analyses non destructives, et sa préservation, notamment via l’irradiation.

La physique nucléaire a transformé la science historique

Avant 1950, la datation, et donc la compréhension du passé, passait par une lecture par couche, par sédimentation, et par l’histoire de l’art. L’intégration de l’analyse au carbone 14 a permis de dater avec une plus grande précision des objets biologiques âgés jusqu’à 50 000 ans. De nouvelles techniques de datation, comme l’uranium-thorium ou la thermoluminescence, s’y sont ajoutées, permettant des datations sur de plus longues périodes de temps et sur des objets non biologiques, comme des silex.

Des installations nucléaires sont aussi utilisées pour protéger le patrimoine. Des irradiateurs aident à la conservation des objets archéologiques, en les désinsectisant et désinfectant ou en les stabilisant via des résines.

Enfin, la physique nucléaire est mobilisée pour comprendre le patrimoine. Des réacteurs nucléaires sont directement utilisés pour analyser les objets. En Hongrie, les neutrons servent à pénétrer des couches épaisses de métaux, tout en permettant de révéler des matériaux comme du bois, du cuir ou des os qui seraient scellés dans des pièces métalliques ou de pierre. Une technique qui permet de dévoiler les secrets de certains artefacts sans avoir à les endommager. En France des accélérateurs de particules, comme le synchrotron SOLEIL, servent également à sonder des objets métalliques sans les détruire. A plus grande échelle, le télescope à muons du CEA a permis de révéler des cavités dans la grande pyramide de Gizeh sans altération du monument.

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le carbone 14 est utilisé pour dater des objets biologiques âgés de plus de 50 000 ans
Approfondir
La datation par le carbone 14, toujours utilisée

La datation au carbone 14 est couramment utilisée pour estimer l’âge d’un objet ou d’un événement, ou pour suivre des processus. Le carbone 14 peut être comparé à un chronomètre ou un traceur. Il rend service à l’art, l’archéologie, la climatologie, la vulcanologie, la sismologie, l’océanographie, l’œnologie, etc.

Synthèse

L’intégration des connaissances de la physique nucléaire en archéologie a révolutionné la datation du passé, en particulier grâce au carbone 14, et a transformé la compréhension de la structure même du mobilier archéologique, grâce à des analyses non destructives, et sa préservation, notamment via l’irradiation.

Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone. Sa période radioactive, qui correspond au temps au bout duquel la moitié des atomes se désintègre en azote 14, soit de 5 730 ans.

Se formant dans la haute atmosphère de la Terre, il existe 1 atome de carbone 14 pour 1 000 milliards de carbone 12, isotope non radioactif. Comme tout isotope du carbone, le carbone 14 se combine avec l’oxygène pour former du dioxyde de carbone (CO2). Ce dernier est assimilé par les organismes vivants tout au long de leur vie, par les voies respiratoires et par l’alimentation qui en contient. En mourant, ils n’en assimilent plus. La quantité de carbone 14 assimilé diminue alors au fil du temps de façon exponentielle, tandis que celle de carbone 12 reste constante.

La datation repose donc sur la comparaison du rapport entre les quantités de carbone 12 et de carbone 14 contenues dans un échantillon avec celui d’un échantillon standard de référence. On déduit de cette comparaison l’âge du carbone 14 de l’échantillon qu’on cherche à dater. Cet âge du carbone 14 est ensuite traduit en âge réel, en le comparant à une courbe-étalon, réalisée par les chercheurs à force de nombreuses mesures complémentaires. On peut ainsi en déduire l’âge de l’objet étudié et remonter jusqu’à 50 000 ans environ.

Dates-clés

1949-1950 : LES PREMIÈRES MESURES – Depuis sa découverte et les toutes premières mesures faites en 1949 et 1950, la méthode de datation par le carbone 14 reste très utilisée dans le monde.

1988 : DATATION DU LINCEUL DE TURIN – Le Linceul de Turin remonterait à la fin du XIIIe siècle ou au début du XIVe. Cet âge médiéval fut une surprise pour les communautés scientifiques et religieuses.

De nombreuses applications

Utilisés comme chronomètres ou comme traceurs d’échange entre différents réservoirs de carbone, les âges de carbone 14 sont aussi pratiqués dans une variété de domaines de recherche :

  • En histoire et archéologie, c’est un outil largement utilisé pour dater des échantillons organiques et construire une chronologie ;
  • Les chercheurs en sismologie et volcanologie déterminent ainsi la fréquence des événements, pour mieux évaluer les risques potentiels futurs ;
  • En climatologie, le carbone 14 permet de suivre l’évolution du cycle du carbone, intimement lié aux variations climatiques et environnementales. Cette technique de datation permet, en étudiant des prélèvements de sédiments, de dresser une chronologie précise de l’enchaînement des événements climatiques passés ;
  • En océanographie et agronomie, le carbone 14 sert de traceur environnemental. En datant certains fossiles océaniques ou les différents composés de la matière organique dans les sols, les scientifiques peuvent retracer la dynamique de la circulation océanique dans le passé, déterminer les temps de résidence du carbone dans les sols et aboutir à une meilleure compréhension du cycle du carbone.

Enfin, l’analyse du carbone 14 dans les écosystèmes permet l’étude de la radioactivité présente dans l’environnement.