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Publié le par SALOMON BIMANSHA



Le carbone 14 a été découvert le 27 février 1940 par Martin Kamen

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

 

En physique nucléaire et en chimie, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent. Le nombre de protons dans le noyau d'un atome est désigné par le numéro atomique Z. Deux isotopes ont le même Z. Ce qui distingue deux isotopes est qu'ils ont une masse atomique A différente. La masse atomique d'un atome est le nombre de nucléons que contient le noyau de cet atome. La différence de masse atomique est donc due à une différence dans le nombre de neutrons N.

 

Notation

Un isotope est couramment désigné par son symbole chimique, complété :

  par son nombre de masse A (égal au nombre de nucléons de l'atome) placé en haut et à gauche du symbole et

  par le numéro atomique Z, placé en bas et à gauche du symbole.

Le carbone 14, et le carbone 12 sont des isotopes.

 

Son unique mode de désintégration se fait par émission d'une particule bêta de 156 keV en se transmutant en azote 14N ; avec une période radioactive de 5 730 ans (± 40 ans). Le carbone 14 a longtemps été le seul radio-isotope du carbone à avoir des applications. Pour cette raison, il était appelé radiocarbone.

 

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 Applications 

 

datation par le carbone 14

Principe de la datation 

Le 14C (carbone 14) ou radiocarbone est un isotope radioactif du carbone dont la période radioactive (ou demi-vie) est égale à 5 730 ans.

 

Un organisme vivant assimile le carbone sans distinction isotopique. Durant sa vie, la proportion de 14C présent dans l'organisme par rapport au carbone total (12C, 13C et 14C) est la même que celle existant dans l'atmosphère du moment.

 

La datation par le 14C se fonde ainsi sur la présence dans tout organisme de radiocarbone en infime proportion (de l'ordre de 10-12 pour le rapport 14C/C total). À partir de l'instant où un organisme meurt, la quantité de radiocarbone qu'il contient ainsi que son activité radiologique décroissent au cours du temps selon une loi exponentielle. Un échantillon de matière organique issu de cet organisme peut donc être daté en mesurant soit le rapport 14C/C total avec un spectromètre de masse, soit son activité x années après la mort de l'organisme.

 

traceur biologique

 

Les traceurs isotopiques sont utilisés en chimie, en hydrochimie, en géologie isotopique et en biochimie afin de mieux comprendre certaines réactions chimiques et interactions. Dans cette technique, un (ou plusieurs) atome(s) de la molécule qui intervient dans la réaction étudiée est remplacé par un autre isotope du même élément chimique (cet isotope est souvent radioactif). Comme par définition cet isotope a le même nombre de protons et d’électrons que l’atome auquel il se substitue, il se comporte d’un point de vue chimique presque exactement comme ce dernier, et n’interfère pas, à quelques exceptions près, avec la réaction étudiée. Comme il n’a pas le même nombre de neutrons, il peut cependant être distingué des autres isotopes du même élément.

 

La résonance magnétique nucléaire (RMN) utilise ce type de technique pour étudier les mécanismes de réactions chimiques en essayant de trouver la position d’un atome à la fin d’une réaction. La RMN permet en effet non seulement de distinguer un isotope mais de le localiser.

 

La spectrométrie de masse ou l’autoradiographie peuvent également être utilisées pour distinguer un isotope.

 

 

 Découverte 

Le carbone 14 a été découvert le 27 février 1940 par Martin Kamen du Radiation Laboratory et Samuel Ruben du département de Chimie de l'Université de Californie, Berkeley.

 

Dès 1934, à Yale, Franz Kurie suggère l'existence du carbone 14. Il observe en effet que l'exposition d'azote à des neutrons rapides produit parfois dans une chambre à brouillard de Wilson une longue trace fine au lieu de la courte trace plus épaisse laissée par une particule alpha. Dès 1936, il est établi que les neutrons rapides réagissent avec l'azote pour donner du bore tandis que les neutrons lents réagissent avec l'azote pour former du carbone 14. Ceci correspond à la « découverte au sens physique » du carbone 14 par opposition à sa « découverte au sens chimique », c'est-à-dire sa production en quantité suffisante pour pouvoir mesurer une activité.

 

Kamen et Ruben collaborent à des recherches interdisciplinaires sur les traceurs biologiques dans le but de déterminer le produit initial de la fixation du dioxyde de carbone lors de la photosynthèse. L'utilisation du carbone 11 comme traceur est très difficile en raison de sa courte période radioactive (21 minutes). Ruben essaye cependant de développer une technique d'étude de la photosynthèse : il fait pousser une plante en présence de dioxyde de carbone contenant du carbone 11, la tue, puis sépare et analyse ses composants chimiques, avant que la radioactivité ne devienne indétectable, pour trouver quels composants contiennent le traceur. L'échec de cette technique stimule la recherche d'un autre isotope radioactif à plus longue période radioactive, le carbone 14.

 

Une des principales sources de financement du Radiation Laboratory est la fabrication dans ses cyclotrons de radioisotopes pour la recherche biomédicale. À la fin de l'année 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'oxygène 18 qui peuvent se substituer aux radioisotopes comme traceurs biologiques. Il offre à Kamen et Ruben un accès illimité aux cyclotrons de 37 et 60 pouces pour rechercher des radioisotopes de périodes radioactives plus élevées pour les principaux éléments présents dans les composés organiques : hydrogène, carbone, azote ou oxygène.

 

Cette campagne de recherche systématique commence par le carbone. Kamen et Ruben bombardent du graphite avec des deutons (noyaux de deutérium). La faible activité qu'ils mesurent le 27 février 1940, d'environ quatre fois le bruit de fond, confirme l'existence du carbone 14 avec une période radioactive qui se révèle bien supérieure (plusieurs milliers d'années) à ce que prévoyait la théorie. Cette période radioactive élevée, et donc la faible activité du carbone 14, explique pourquoi celui-ci n'a pas été découvert 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 limitée par son coût de production, le cyclotron étant 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.

 

Publié dans DOSSIER DU JOUR

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