La datation au carbone 14 est une méthode essentielle pour l'authentification et la datation des objets d'art et des découvertes archéologiques. Elle repose sur l’instabilité de l’isotope 14 du carbone. Un organisme vivant contient une quantité constante de carbone 14, du fait des échanges avec l’atmosphère (respiration ou photosynthèse).
Les fondements de la datation Carbone 14 reposent sur l’instabilité de l’isotope 14 du carbone. Le carbone 14 est un isotope naturel de l’atome de carbone, aussi appelé radiocarbone, à cause de son instabilité par rapport aux autres isotopes comme le carbone 12 et le carbone 13. Le carbone se compose à 99% de carbone 12, 1% de carbone 13 et environ une partie par million de carbone 14.
Le commencement de ce cycle est la production de carbone 14 dans la haute atmosphère par l’action du rayonnement cosmique en provenance du Soleil sur l’azote. Ensuite, le carbone 14 ainsi produit se répartit sur Terre, en se mêlant au cycle du carbone. Enfin, au fur et à mesure, le carbone 14 disparaît par désintégration radioactive. Une fois désintégré, le carbone 14 est devenu de l’azote.
Un organisme vivant contient une quantité constante de carbone 14, du fait des échanges avec l’atmosphère (respiration ou photosynthèse). De même que la mort interrompt la vie humaine, la vie du lin ou du chanvre s’arrête lorsqu’il est récolté. C’est l’instant que date le carbone 14. À la mort de l’organisme, les échanges avec l’extérieur cessent et la quantité de carbone 14 diminue alors selon une loi exponentielle connue. Sa concentration est divisée par deux tous les 5730 ans. La limite de datation est aux environs de 60 000 ans.
On s’intéresse en général plutôt à la quantité de carbone 14 relativement à tout le carbone présent dans un échantillon qu’à la quantité absolue de carbone 14. En effet, la quantité absolue de carbone 14 dépend de la taille de l’échantillon et de la quantité de carbone par rapport aux autres éléments. Exprimer les quantités en pourcentage permet de s’abstraire de toutes ces relations de proportionnalité. On peut même se contenter du rapport des quantités de carbone 14 par rapport au carbone 12, ce qu’on appelle le rapport isotopique C14/C12.
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Les datations carbone 14 sont exprimées en années « Before Present » ou « BP ». Le « présent » du carbone 14 a été fixé à 1950 par Libby. Aujourd’hui, il est toutefois nécessaire de corriger ces valeurs, car la concentration en carbone 14 a varié au cours du temps, en fonction de l’activité solaire, des changements climatiques, ou de l’activité industrielle par exemple. On parle de résultats calibrés à l’aide de courbes de calibration.
Ces courbes permettent de transformer l’âge BP en intervalles de dates calibrées associés à un pourcentage de probabilité (par exemple 450 ± 25 ans BP correspond après calibration à l’intervalle 1422 - 1471 apr. J-C. Ces informations sont compilées dans des bases de données acceptées au niveau international et régulièrement mises à jour. La calibration des dates radiocarbone conventionnelles exprimées en date BP ( Before Present ) se fait grâce à des programmes informatiques. Le résultat est un intervalle de temps en années réelles (Calendrier AV. et/ou AP.
La première courbe de calibration radiocarbone était basée sur une séquence continue de cernes remontant jusqu’à 8000 ans en arrière. Plusieurs courbes ont été publiées depuis, mais leur prolifération a amené son lot de complications. L’usage de la spectrométrie de masse par accélérateur, et globalement de méthodes de datation à haute précision, a également permis de réaliser de nouvelles courbes de calibration. Aujourd’hui, les courbes de calibrations reconnues à l’échelle internationale atteignent des dates jusqu’à 48000 BC (Reimer et. al., INTCAL13 and Marine13 radiocarbon age calibration curves 0 - 50000 yrs cal BP, Radiocarbon 55(4), 2013).
Pour la période après 1950, une grande quantité de données est disponible sur la concentration en carbone atmosphérique. Ces données post-modernes sont très utiles dans certains cas pour illustrer un âge calendaire de matériaux très jeunes (Hua, et. al. L’emploi de cal BC, cal AD ou cal BP est la convention recommandée pour citer les résultats radiocarbones calibrés par dendrochronologie. Par souci de clarté, utiliser simplement BC, AD ou BP n’est pas suffisant. Les résultats de datation radiocarbone doivent inclure les résultats non-calibrés, la courbe d’étalonnage utilisée, la méthode de datation employée, et toutes les corrections appliquées au résultat avant étalonnage.
La calibration des échantillons de carbonates marins requiert une correction pour les effets réservoirs géographiques au niveau local et mondial. Pour le bois et le charbon, la possibilité d’un “effet vieux bois” doit être prise en compte, tout comme l’éventuelle présence de matériau plus jeune dans l’échantillon total. Pour les carbonates, la correction de réservoir est théorique, et les variations locales sont réelles, hautement variables et dépendent de l’origine de l’échantillon. Les fourchettes d’âge générées par le programme doivent être interprétées comme des approximations.
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Les erreurs notées pour l’âge C14 (+/- X BP) qui sont ensuite utilisées dans les calibrations sont strictement limitées à la détermination des marges d’erreurs (erreurs de comptage de l’échantillon, standard C14 moderne, contexte). Au-delà des considérations de cet article, de nombreux écueils existent en pratique.
Comme la courbe de calibration (ligne bleue) est dessous la bissectrice (ligne orange), cela signifie que la datation au carbone non calibrée est systématiquement plus vieille que l’âge véritable obtenu par calibration.
Le début de l’activité industrielle a provoqué la diminution du taux de Carbone 14 et imposé des limites à la précision des mesures. A contrario, les essais nucléaires atmosphériques ont entraîné, à l’échelle mondiale, une élévation artificielle des taux de Carbone 14.
Pour obtenir l’âge calibré à partir de l’âge non calibré, il faut se servir de la courbe de calibration. Le zigzag vert au milieu est la courbe de calibration avec les marges d’erreur. Ensuite, on a une jolie gaussienne sur l’axe des ordonnées, qui correspond à la datation carbone non calibrée avec les marges d’erreurs. Enfin, on a une courbe toute cabossée sur l’axe des abscisses. C’est le résultat de la calibration ! On voit que l’interprétation des datations peut être délicate, avec des traitements statistiques à effectuer et des plages d’incertitudes biscornues.
Il est devenu courant ces dernières années pour les chercheurs d’utiliser une méthode mathématique qui étalonne l’âge radiocarbone conventionnel avant d’affiner statistiquement la « probabilité » d’une fourchette par rapport à une autre à l’intérieur des probabilités 95,4 et 68,2. Ces probabilités sont représentées graphiquement par une zone grise et par les pourcentages indiqués à côté de chaque fourchette.
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Ce graphique montre comment la mesure du radiocarbone 3000 +- 30BP serait calibré. L'ordonnée affiche l'âge radiocarbone exprimé en années BP et l'abscisse les années réelles, ici BC. Les courbes bleues représentent les mesures de radiocarbone à partir des cernes d'arbres (avec marge d'erreur) et la courbe rouge indique la concentration radiocarbone dans l'échantillon. Les résultats sont souvent donnés comme une tranche d'âge (probabilité à 95%).
Le calibrage chronologique désigne le processus de correction des dates radiocarbonées pour correspondre au calendrier réel via des courbes de référence, tenant compte des variations historiques du carbone 14 atmosphérique. Le calibrage chronologique est essentiel car il permet de convertir les datations obtenues par des méthodes comme le carbone 14 en dates calendaires précises. Il permet une datation précise des sites archéologiques et rend possible la corrélation entre divers résultats de recherche. De plus, il améliore la crédibilité scientifique des découvertes archéologiques.
Ce processus garantit également une compréhension plus profonde de l'évolution des technologies humaines sur les différentes époques. En approfondissant, l'utilisation de techniques statistiques sophistiquées comme la modélisation bayésienne permet d'améliorer la précision du calibrage. Cela implique une prise en compte systématique des incertitudes liées aux mesures, apportant des résultats encore plus fiables. Cette approche est particulièrement utile pour les périodes de transition rapide, où même de légères variations de datation peuvent avoir un impact significatif sur la compréhension des changements sociaux ou environnementaux, comme ceux observés lors de la transition de l'âge du bronze à l'âge du fer.
Les archéologues utilisent la datation par radiocarbone et la dendrochronologie pour améliorer le calibrage chronologique. D'autres techniques comprennent la thermoluminescence, la résonance de spin électronique et l'analyse par luminescence stimulée optiquement.
Attention, la datation du support d’une œuvre ne correspond pas automatiquement à la date de création de l’œuvre. Pour l’étude des œuvres peintes, plusieurs types d’imagerie, en lumière naturelle, éclairage rasant, sous éclairage ultraviolet (UV) ou réflectographie infrarouge (IR) viennent compléter les techniques de datation conventionnelles. C’est la connaissance historique des techniques de fabrication des pigments qui fournira des données chronologiques : l’utilisation de l’oxyde de chrome comme pigment vert à partir de 1840 par exemple ou la fabrication du blanc de titane (oxyde de titane) qui débute dans les années 1920.
La datation par isotopes repose sur l'analyse des isotopes instables présents dans le matériau. Ceux-ci se désintègrent à un taux constant au fil du temps, ce qui permet de calculer l'âge d'un échantillon. Le calibrage chronologique améliore considérablement la précision des dates obtenues par isotopes en compensant les variations externes et internes. Cela est particulièrement vrai pour les isotopes radioactifs affectés par les conditions environnementales.
Considérons une équation courante utilisée pour le calibrage :
\( \text{Date calibrée} = \text{Date isotope} \times \text{facteur de correction} \)
Cette approche garantit un cadre fiable pour établir des synchronismes chronologiques, essentiels pour comparer et étudier différentes civilisations et périodes historiques.
Les innovations dans le calibrage chronologique ont amélioré la précision des datations et étendu la portée des méthodes disponibles. Les chercheurs ont introduit des techniques novatrices qui corrigent les erreurs et augmentent la fiabilité des mesures. L'intégration de techniques numériques dans l'archéologie permet une exploitation des données à un niveau supérieur. Par exemple, les logiciels modernes permettent de superposer des données géospatiales aux résultats de datation, croisant ainsi des informations pour une approche holistique de l'analyse des sites.
En regardant vers l'avenir, le calibrage chronologique se concentre sur l'intégration de technologies encore plus avancées pour accroître l'exactitude et l'efficacité. Développer et utiliser l'intelligence artificielle pour analyser et prédire les tendances historiques. Renforcer la collaboration internationale pour accroître le bassin de données et améliorer les courbes de calibrage existantes.
Ces nouvelles directions promettent non seulement d'améliorer la précision des datations, mais aussi de réduire le coût et le temps nécessaires pour obtenir des résultats. Par ailleurs, la collaboration interdisciplinaire permettra à de plus vastes ensembles de données de converger, enrichissant notre compréhension du passé.
La datation carbone 14 est la première étape incontournable dans l’authentification d’un tableau. Mais, elle devra toujours être accompagnée de l’analyse chimique des pigments et de l’imagerie scientifique. Dans l’histoire de l’art, les cas de falsifications sont courants et c’est souvent grâce à une analyse complète que l’on a décelé des incohérences.
Pour l’étude des œuvres peintes, plusieurs types d’imagerie, en lumière naturelle, éclairage rasant, sous éclairage ultraviolet (UV) ou réflectographie infrarouge (IR) viennent compléter les techniques de datation conventionnelles. C’est la connaissance historique des techniques de fabrication des pigments qui fournira des données chronologiques : l’utilisation de l’oxyde de chrome comme pigment vert à partir de 1840 par exemple ou la fabrication du blanc de titane (oxyde de titane) qui débute dans les années 1920.
À l’inverse, l’analyse d’un parchemin enluminé du 14e siècle confirma la datation du support. Les pigments quant à eux se révélèrent modernes… Il s’agissait d’une copie « intelligente » antérieure à 1950…sur un papier ancien.
La datation d’un tableau attribué à Van Gogh a été conduite en deux temps. La datation du support tendait à une date compatible avec l’activité du peintre, à la fin du 19e siècle. L’analyse des pigments conduisit à une conclusion similaire, puisque les pigments détectés étaient connus au 19e et avaient été mis en évidence sur d’autres œuvres de Van Gogh. On citera par exemple un rouge vermillon, un vert d’arséniate de cuivre, un blanc de zinc, ou de l’ocre. Toutefois, ces pigments étaient connus et utilisés par tous les peintres à la même époque, et aujourd’hui encore.
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