Carbone 14

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Carbone 14
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Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone, noté 14C.

Sur Terre, il est formé lors de l'absorption de neutrons par les atomes d'azote de la stratosphère et des couches hautes de la troposphère. Les neutrons proviennent de la collision des rayons cosmiques avec les atomes de l'atmosphère, notamment l'oxygène.

Son unique mode de d√©sint√©gration se fait par √©mission d'une particule b√™ta de 156 keV en se transmutant en azote 14N ; avec une p√©riode radioactive de 5 730 ¬Ī 40 ans. Le carbone 14 a longtemps √©t√© le seul radio-isotope du carbone √† avoir des applications. Pour cette raison, il √©tait appel√© radiocarbone.

Sommaire

Applications

Découverte

Le carbone 14 a √©t√© d√©couvert le 27 f√©vrier 1940 par Martin Kamen du Radiation Laboratory et Samuel Ruben du d√©partement de Chimie de l'Universit√© de Californie, Berkeley.

D√®s 1934, √† Yale, Franz Kurie sugg√®re l'existence du carbone 14. Il observe en effet que l'exposition d'azote √† des neutrons rapides produit parfois dans une chambre √† brouillard de Wilson une longue trace fine au lieu de la courte trace plus √©paisse laiss√©e par une particule alpha. D√®s 1936, il est √©tabli que les neutrons rapides r√©agissent avec l'azote pour donner du bore tandis que les neutrons lents r√©agissent avec l'azote pour former du carbone 14. Ceci correspond √† la ¬ę d√©couverte au sens physique ¬Ľ du carbone 14 par opposition √† sa ¬ę d√©couverte au sens chimique ¬Ľ, c'est-√†-dire sa production en quantit√© suffisante pour pouvoir mesurer une activit√©.

Kamen et Ruben collaborent √† des recherches interdisciplinaires sur les traceurs biologiques dans le but de d√©terminer le produit initial de la fixation du dioxyde de carbone lors de la photosynth√®se. L'utilisation du carbone 11 comme traceur est tr√®s difficile en raison de sa courte p√©riode radioactive (21 minutes). Ruben essaye cependant de d√©velopper une technique d'√©tude de la photosynth√®se : il fait pousser une plante en pr√©sence de dioxyde de carbone contenant du carbone 11, la tue, puis s√©pare et analyse ses composants chimiques, avant que la radioactivit√© ne devienne ind√©tectable, pour trouver quels composants contiennent le traceur. L'√©chec de cette technique stimule la recherche d'un autre isotope radioactif √† plus longue p√©riode radioactive, le carbone 14.

Une des principales sources de financement du Radiation Laboratory est la fabrication dans ses cyclotrons de radioisotopes pour la recherche biom√©dicale. √Ä la fin de l'ann√©e 1939, Ernest Orlando Lawrence, directeur du Radiation Laboratory, est inquiet de la concurrence d'isotopes stables rares comme le carbone 13, l'azote 15 ou l'oxyg√®ne 18 qui peuvent se substituer aux radioisotopes comme traceurs biologiques. Il offre √† Kamen et Ruben un acc√®s illimit√© aux cyclotrons de 37 et 60 pouces pour rechercher des radioisotopes de p√©riodes radioactives plus √©lev√©es pour les principaux √©l√©ments pr√©sents dans les compos√©s organiques : hydrog√®ne, carbone, azote ou oxyg√®ne.

Cette campagne de recherche syst√©matique commence par le carbone. Kamen et Ruben bombardent du graphite avec des deutons (noyaux de deut√©rium). La faible activit√© qu'ils mesurent le 27 f√©vrier 1940, d'environ quatre fois le bruit de fond, confirme l'existence du carbone 14 avec une p√©riode radioactive qui se r√©v√®le bien sup√©rieure (plusieurs milliers d'ann√©es) √† ce que pr√©voyait la th√©orie. Cette p√©riode radioactive tr√®s longue, et donc la faible activit√© du carbone 14, explique pourquoi celui-ci n'a pas √©t√© d√©couvert auparavant.

Kamen et Ruben constatent par la suite que la réaction de neutrons lents avec de l'azote pour donner du carbone 14 est nettement plus productive que la réaction deuton-carbone 13.

L'application du carbone 14 comme traceur biologique reste toutefois limit√©e par son co√Ľt de production, le cyclotron √©tant la seule source de neutrons disponible.

Après la Seconde Guerre mondiale, le développement des réacteurs nucléaires, qui utilisent le graphite comme modérateur, autorise la production massive de carbone 14, dont l'emploi se répand dans tous les domaines de recherche biomédicale.

Le carbone 14 comme polluant

En tant que radionucl√©ide artificiel, le carbone 14 peut aussi quand il a √©t√© accidentellement ou volontairement lib√©r√© dans l'environnement √™tre un polluant. Ainsi, √† titre d'exemple, en France, pr√®s d'un ancien laboratoire de la soci√©t√© Isotopchim au lieu dit ¬ę le Belv√©d√®re de Ganagobie ¬Ľ (30 km au nord ouest de Forcalquier, dans les Alpes-de-Haute-Provence), des arbres ont bioaccumul√© (de 1989 √† 1997) des quantit√©s significatives de carbone 14 provenant de rejets atmosph√©riques du laboratoire voisin qui produisait des marqueurs mol√©culaires radioactifs pour la chimie fine. L'IRSN a √©valu√© les cons√©quences radiologiques de deux hypoth√®ses qui √©taient :

  • le maintien du site en l'√©tat, en particulier en laissant sur place les arbres et en continuant l‚Äôentretien du site qui est fait actuellement ;
  • l‚Äôenl√®vement total ou partiel des arbres contamin√©s.

Les conclusions de l'IRSN sont que maintenir sur place des arbres conduit à un risque radiologique infime pour les riverains (moins d’un centième de dose annuelle due au carbone 14 présent naturellement dans l’environnement qui est de 12 microsievert), les conséquences pour les arbres ou l'écosystème étant difficiles à évaluer[1].

Une cons√©quence curieuse de faibles rejets de carbone 14 dans l'environnement est de cr√©er pour les chercheurs du futur des anomalies dans une datation au carbone 14 faite sur les tissus ainsi marqu√©s : pour les arch√©ologues du futur, ils apparaissent beaucoup plus r√©cents qu'ils ne sont en r√©alit√©, pouvant aller jusqu'√† afficher des √Ęges n√©gatifs si le marquage en carbone 14 est suffisamment important. Inversement, la v√©g√©tation le long des autoroutes et axes de grande circulation automobile pr√©sente un marquage n√©gatif : le gaz carbonique m√©tabolis√© par cette v√©g√©tation provenant majoritairement de combustibles fossiles, dont le carbone 14 a disparu apr√®s quelques centaines de milliers d'ann√©es, l'√©quilibre isotopique qui y est relev√© peut correspondre √† des datations de plusieurs milliers d'ann√©es, pour des plantes pourtant encore sur pied.

Références

Voir aussi


  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
  ‚Üď  
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


M√©tallo√Įdes Non-m√©taux Halog√®nes Gaz rares
M√©taux alcalins  M√©taux alcalino-terreux  M√©taux de transition M√©taux pauvres
Lanthanides Actinides Superactinides √Čl√©ments non class√©s

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