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Qu’est-ce que la datation radiométrique – Datation radioactive – Définition

La datation radiométrique (ou datation radioactive) est toute technique utilisée pour dater des matériaux organiques et inorganiques issus d’un processus impliquant une désintégration radioactive. Les méthodes de datation radiométrique sont utilisées en géochronologie pour établir l’échelle des temps géologiques. Propriétés des matériaux

La datation radiométrique (ou datation radioactive) est toute technique utilisée pour dater des matériaux organiques et inorganiques issus d’un processus impliquant une désintégration radioactive. La méthode compare l’abondance d’un isotope radioactif naturel dans le matériau à l’abondance de ses produits de désintégration, qui se forment à un taux de désintégration constant connu.

Toutes ces méthodes sont basées sur le fait que la vitesse à laquelle les noyaux radioactifs se désintègrent n’est pas affectée par leur environnement, elle peut être utilisée pour estimer l’âge de tout échantillon de matériau ou objet contenant un isotope radioactif. Les calculs de la désintégration des noyaux radioactifs sont relativement simples, du fait qu’il n’y a qu’une seule loi fondamentale régissant tout processus de désintégration.

La loi de désintégration radioactive stipule que la probabilité par unité de temps qu’un noyau se désintègre est une constante, indépendante du temps. Cette constante est appelée constante de décroissance et est notée λ, «lambda». Cette probabilité constante peut varier considérablement entre les différents types de noyaux, ce qui conduit aux nombreux taux de désintégration observés. La désintégration radioactive d’un certain nombre d’atomes (masse) est exponentielle dans le temps.

Loi de décroissance radioactive: N = N 0 .e -λt

Parmi les techniques les plus connues, citons:

  • datation au carbone 14,
  • datation potassium-argon,
  • datation uranium-plomb.

Les méthodes de datation radiométrique sont utilisées en géochronologie pour établir l’échelle des temps géologiques et peuvent également être utilisées pour dater les matériaux archéologiques, y compris les artefacts anciens.

Datation au carbone 14 – Datation au radiocarbone

La datation au carbone 14, également connue sous le nom de datation au radiocarbone, est une méthode permettant de déterminer l’âge d’un objet contenant une matière organique en utilisant les propriétés du radionucléide carbone 14. Le carbone 14 radioactif a une demi-vie de 5730 ans et subit une désintégration β− , où le neutron est converti en un proton, un électron et un électron antineutrino:

désintégration bêta - datation au carbone 14
Désintégration bêta du noyau C-14.

Malgré cette courte demi-vie par rapport à l’âge de la terre, le carbone 14 est un isotope naturel. Sa présence peut s’expliquer par la simple observation suivante. Notre atmosphère contient de nombreux gaz, dont l’azote-14. De plus, l’atmosphère est constamment bombardée de rayons cosmiques de haute énergie, constitués de protons, de noyaux plus lourds ou de rayons gamma. Ces rayons cosmiques interagissent avec les noyaux de l’atmosphère et produisent également des neutrons de haute énergie. Ces neutrons produits lors de ces collisions peuvent être absorbés par l’azote 14 pour produire un isotope du carbone 14:

datation au carbone 14 - formation

Le carbone 14 peut également être produit dans l’atmosphère par d’autres réactions neutroniques, dont notamment le 13C(n,γ)14C et le 17O(n,α)14C. En conséquence, le carbone 14 se forme en continu dans la haute atmosphère par l’interaction des rayons cosmiques avec l’azote atmosphérique. En moyenne, un seul atome de carbone sur 1,3 x 10 12 dans l’atmosphère est un atome de carbone 14 radioactif.

Le carbone 14 résultant se combine avec l’oxygène atmosphérique pour former du dioxyde de carbone radioactif, qui est incorporé dans les plantes par photosynthèse. Par conséquent, tous les systèmes biologiques comme les plantes, les animaux et les humains contiennent un certain niveau de carbone 14 radioactif. Tant que le système biologique est vivant, le niveau est constant en raison de l’apport constant de tous les isotopes du carbone. Lorsque le système biologique meurt, il cesse d’échanger du carbone avec son environnement et, à partir de ce moment, la quantité de carbone 14 qu’il contient commence à diminuer à mesure que le carbone 14 subit une désintégration radioactive. En revanche, la quantité de carbone 12 stable reste inchangée. En conséquence, la concentration relative de ces deux isotopes dans tout organisme change après sa mort. La méthode permet d’établir des datations jusqu’à environ 20 000 ans avec une précision d’environ ± 100 ans.

La technique de datation au carbone a été suggérée initialement par Willard Libby et ses collègues en 1949. En 1960, Willard Libby a reçu le prix Nobel de chimie pour ce travail.

Âge de la Terre – Datation uranium-plomb

L’ âge de la Terre est d’environ 4,54 milliards d’années. Cette datation est basée sur des preuves de la datation radiométrique des matériaux météoritiques et est cohérente avec les âges radiométriques des plus anciens échantillons terrestres et lunaires connus.

L’une des plus anciennes méthodes de datation radiométrique est la datation uranium-plomb. L’âge de la croûte terrestre peut être estimé à partir du rapport entre les quantités d’uranium 238 et de plomb 206 trouvées dans les spécimens géologiques. La longue demi-vie de l’isotope uranium-238 (4,51 × 109 ans) le rend bien adapté pour une utilisation dans l’estimation de l’âge des premières roches ignées et pour d’autres types de datation radiométrique, y compris la datation uranium-thorium et l’uranium- datation à l’uranium.

La datation uranium-plomb est basée sur la mesure du premier et du dernier membre de la série de l’uranium, qui est l’une des trois séries radioactives classiques commençant par l’ uranium-238 d’origine naturelle. Cette chaîne de désintégration radioactive est constituée de noyaux atomiques lourds instables qui se désintègrent par une séquence de désintégrations alpha et bêta jusqu’à l’obtention d’un noyau stable. Dans le cas de la série de l’uranium, le noyau stable est le plomb-206. L’hypothèse retenue est que tous les noyaux de plomb-206 trouvés dans le spécimen aujourd’hui étaient à l’origine des noyaux d’uranium-238. Cela signifie qu’à la formation de la croûte, le spécimen ne contenait aucun noyau de plomb-206. Si aucun autre isotope du plomb n’est trouvé dans l’échantillon, il s’agit d’une hypothèse raisonnable. Dans ces conditions, l’âge de l’échantillon peut être calculé en supposant une décroissance exponentielle de l’uranium-238. C’est-à-dire:

méthode uranium-plomb - âge de la Terre

La méthode de datation uranium-plomb est généralement effectuée sur le minéral zircon. Les zircons de Jack Hills en Australie-Occidentale ont produit des âges U-Pb allant jusqu’à 4,404 milliards d’années, interprétés comme l’âge de la cristallisation, ce qui en fait les minéraux les plus anciens à ce jour sur Terre.

Références :

Protection contre les radiations:

  1. Knoll, Glenn F., Radiation Detection and Measurement 4th Edition, Wiley, 8/2010. ISBN-13 : 978-0470131480.
  2. Stabin, Michael G., Radioprotection et dosimétrie : une introduction à la physique de la santé, Springer, 10/2010. ISBN-13 : 978-1441923912.
  3. Martin, James E., Physics for Radiation Protection 3rd Edition, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13 : 978-3527411764.
  4. USNRC, CONCEPTS DE RÉACTEURS NUCLÉAIRES
  5. Département américain de l’énergie, de la physique nucléaire et de la théorie des réacteurs. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.

Physique nucléaire et des réacteurs:

  1. JR Lamarsh, Introduction à la théorie des réacteurs nucléaires, 2e éd., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
  2. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
  3. WM Stacey, Physique des réacteurs nucléaires, John Wiley & Sons, 2001, ISBN : 0-471-39127-1.
  4. Glasstone, Sesonské. Ingénierie des réacteurs nucléaires : Ingénierie des systèmes de réacteurs, Springer ; 4e édition, 1994, ISBN : 978-0412985317
  5. WSC Williams. Physique nucléaire et des particules. Presse Clarendon ; 1 édition, 1991, ISBN : 978-0198520467
  6. GRKeep. Physique de la cinétique nucléaire. Pub Addison-Wesley. Co; 1ère édition, 1965
  7. Robert Reed Burn, Introduction au fonctionnement des réacteurs nucléaires, 1988.
  8. Département américain de l’énergie, de la physique nucléaire et de la théorie des réacteurs. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
  9. Paul Reuss, Physique des neutrons. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN : 978-2759800414.

Voir également:

Désintégration radioactive

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