Le carbone (Z = 6)

Environ 0,06 % des atomes de l'univers sont des atomes de carbone. C'est très peu dans l'absolu, pourtant le carbone occupe la 4ème place en terme d'abondance, juste après l'oxygène (0,1 % des atomes), mais très loin derrière l'hydrogène (92 % des atomes) et l'hélium (8 % des atomes). Le carbone naturel posséde trois isotopesOn appelle isotopes des atomes ayant le même nombre de protons, mais qui différent par leur nombre de neutrons. : le carbone 12 (noté 12C), stable, de très loin le plus abondant (environ 99 % de tout le carbone), suivi du carbone 13 (13C), stable également mais beaucoup moins abondant (environ 1 %), et enfin le carbone 14 (14C), qui est radioactif et n'est présent qu'en infimes quantités, à l'état de traces.
Le carbone mérite une place à part. En effet, il forme à lui seul beaucoup plus de molécules (et de très très loin) que tous les autres éléments réunis, étant à l'origine d'un gigantesque domaine de la chimie appelée chimie organique. Les molécules les plus complexes, en particulier celles dont sont constitués les êtres vivants, reposent entièrement sur la chimie du carbone. Tel est le cas notamment des acides aminés, qui interviennent dans la constitution des protéines, et de l'ADN, molécule géante qui contient notre code génétique. Pour faire court : pas de carbone, pas de vie.
L'étude du carbone nécessite des milliers de livres à elle seule, aussi nous ne ferons qu'effleurer le sujet, et encore...

Origine du carbone

Le carbone se forme exclusivement au coeur des "vieilles" étoiles, lorsque celles-ci ont épuisé leurs stocks d'hydrogène et commencent à fusionner leur hélium. Ces étoiles appartiennent à la famille des géantes rouges et, pour être précis, font partie de ce que l'on appelle le red clump (ou "grumeau rouge"). C'est le sort qui attend notre Soleil d'ici quelques milliards d'années.

Géante rouge Mira Ceti
La géante rouge Mira Ceti
Crédit : NASA

A ce stade, la température au sein des étoiles atteint allègrement une centaine de millions de degrés, et il s'y produit un ensemble de réactions appelé "réaction triple alpha", au cours desquelles trois noyaux d'hélium (particules "alpha") fusionnent pour donner un noyau de carbone. Nous devons ce scénario, élaboré au début des années 1950, à l'astrophysicien Edwin Salpeter (1924-2008). Au cours de ce processus, il se produit en réalité deux réactions successives faisant intervenir un élément intermédiaire, le béryllium 8.

Première réaction : 4He + 4He ---> 8Be + rayons gammas

Seconde réaction : 4He + 8Be ---> 12C + rayons gammas

Seul problème, les noyaux de 8Be produits lors de la première réaction sont très instables et se désintègrent quasi-instantanément en redonnant deux atomes d'hélium : 8Be ---> 4He + 4He.
La seconde réaction n'a donc théoriquement aucune chance de se produire, et il ne devrait par conséquent pas y avoir de carbone (et donc pas de vie) dans l'univers. Sauf que si... L'explication, nous la devons à l'astronome britanique Fred Hoyle (1915-2001) qui, en 1954, émit l'hypothèse selon laquelle il devait exister un état excité du carbone 12 (qui se trouve alors porté à un niveau d'énergie plus élevé qu'il ne devrait), et que cet état augmentait considérablement la probabilté que la seconde réaction ait effectivement lieu. Ceci sera confirmé ultérieurement par l'astrophysicien américain William Fowler (1911-1995). Nous revenons de loin...

Le terme "carbone" est issu du latin "carbo", qui signifie braise ou charbon. Sur Terre, il est présent dans le sol sous forme de sédiments (charbon et pétrole), appelés combustibles fossiles, mais également sous forme pure (graphite et diamant).

Le charbon (minerai)

Le charbon !, autrefois appelé charbon de terre (par opposition au charbon de bois), est connu depuis l'Antiquité puisque l'on raconte que lors d'un voyage en Chine, Marco Polo (1254-1324) remarqua que les Chinois faisaient brûler des sortes de pierres noires pour se chauffer et cuire leurs aliments. Il s'agit d'une roche sédimentaire combustible, riche en carbone, hydrogène et oxygène, dont les gisements se sont formés par accumulation de végétaux. Ces derniers, à l'abri de l'air, ont fini par se fossiliser selon un processus appelé méthanisation, au cours d'une période géologique à laquelle on donne le nom de carbonifère (il y a environ 300 - 360 millions d'années).

Il existe plusieurs variétés de charbon, qui peuvent être classées en fonction de leur teneur en carbone. Voyons cela de plus près.

- La tourbe, principal constituant du sol des tourbières, n'est pas un charbon à proprement parler puiqu'elle contient relativement "peu" de carbone (environ 50 %). Par contre, son enfouissement progressif peu mener, dans certaines conditions et sur des périodes suffisamment longues (de l'ordre du million d'années), à sa transformation en charbon. Elle est utilisée comme fertilisant en agriculture, comme combustible (même s'il est médiocre) dans certaines centrales (comme celle de Shatura, près de Moscou), et a été employée au Moyen-Âge comme matériau de construction dans les pays où le bois manquait (par exemple en Islande). Au niveau mondial, les plus gros producteurs de tourbe sont l'Allemagne et le Canada.

Cueilleurs de tourbe
Cueilleurs de tourbe dans le Somerset (sud-ouest
de l'Angleterre), en 1905
Crédit : Alexander Eric Hasse

- Le lignite, qui contient entre 55 et 75 % de carbone, est principalement utilisé pour produire de l'électricité. L'Allemagne en est le premier producteur mondial, suivi de la Chine et de la Russie.

- La houille, appelée autrefois charbon de terre, contient de 75 à 90 % de carbone. Elle est employée comme combustible depuis le XIè siècle. L'Angleterre en fait grand usage dès le début du XVIIè siècle, notamment pour son industrie verrière, le bois étant réservé à la construction des bateaux. La pyrolyseLa pyrolyse consiste à décomposer un matériau organique en le portant à haute température, mais en l'absence d'oxygène afin qu'il ne brûle pas. de la houille permet d'obtenir du coke, combustible employé dans les hauts-fourneaux dès le début du XVIIIè siècle, sous l'impulsion du britanique Abraham Darby. Cette réaction de pyrolyse libère également du goudron ainsi que du gaz de houille (mélange de dihydrogène, de méthane et de monoxyde de carbone), qui sera utilisé au cours du XIXè siècle comme gaz d'éclairage dans les grandes villes, avant que l'éclairage électrique ne fasse son entrée en scène.
De nos jours, la houille est essentiellement utilisée pour produire de l'électricité (centrales thermiques), et pour fabriquer du coke destiné aux hauts-fourneaux. Les plus gros producteurs mondiaux de houille sont la Chine et les Etats-Unis, mais c'est l'Australie qui reste le premier exportateur.

Echantillon de houille
Bout d'houille

- L'anthracite, qui contient plus de 90 % de carbone, tire son nom du grec "anthrax" signifiant "charbon". Il est utilisé comme combustible pour le chauffage domestique, ainsi que dans le traitement de l'eau où, mélangé à du sable fin, il joue le rôle de filtre. En sidérurgie, il est parfois employé dans les fonderies car, en raison de sa teneur élevée en carbone, il n'a pas besoin d'être transformé en coke pour être utilisé.
Les principaux gisements se trouvent en Chine, en Australie, en Europe et aux Etats-Unis.

Le charbon de bois

Le charbon de bois est obtenu en carbonisant du bois en l'absence d'oxygène (pyrolyse). La technique, connue depuis l'Antiquité, consiste à porter le bois à température élevée, tout en l'empêchant de s'enflammer. Il faut pour cela empiler le bois en formant une sorte de "meule", en laissant un trou central qui fera office de cheminée. On met ensuite le feu dans la cheminée à l'aide de charbon de bois, on recouvre le tout d'une épaisse couche de terre, puis on laisse la cuisson agir pendant une bonne quinzaine de jours.
Les images ci-dessous, prises vers 1900 en Forêt-Noire, décrivent ces différentes étapes.

Farbrication du charbon de bois Farbrication du charbon de bois Farbrication du charbon de bois Farbrication du charbon de bois



Quand on estime que le charbon de bois est prêt, on ajoute une seconde couche de terre pour étouffer la combustion, et on attend tranquillement que le tout refroidisse avant de démonter la meule.

Aujourd'hui, la production de charbon de bois est principalement réalisée dans des fours dédiés à cette tâche. Essentiellement utilisé comme combustible pour barbecue, il occupait une place bien plus importante autrefois : on l'utilisait en effet comme combustible dans les hauts fourneaux (avant de le remplacer par le coke) et dans la poudre à canon, mais également comme conservateur alimentaire (pour la viande et les œufs). Et n'oublions pas le domaine artistique : on utilise en effet certaines variétés de charbon de bois pour faire ce que l'on appelle du dessin au "fusain" (du nom d'un petit arbuste), même si l'on fait aujourd'hui plutôt usage de charbon de saule.

Le pétrole

Le pétrole (littéralement "huile de roche") est connu depuis l'Antiquité, car il affleure (il est mis à nu par l'érosion) en certains endroits. Il est alors utilisé pour calfater (rendre étanche) les coques de bateaux, et intervient vraissemblablement dans la composition du feu grégeois, mélange incendiaire inventé au VIIè siècle, utilisé lors des combats navals. Il faut attendre l'année 1859 pour qu'il commence à être extrait par forage, marquant ainsi le début de son exploitation industrielle.

Feu grégeois
Feu grégeois

Le pétrole est un mélange complexe d'hydrocarbures (molécules constituées d'atomes de carbone et d'hydrogène) et de substances contenant entre autres de l'azote, du soufre et de l'oxygène. Au total, ce sont des milliers de molécules, plus ou moins complexes, qu'il faut séparer les unes des autres par distillation fractionnée.

Si la majeure partie du pétrole (près de 60 %) est utilisée comme carburant pour alimenter les véhicules (voitures, avions, bateaux...), il est bon de rappeler que la grande majorité des matières plastiques, des textiles synthétiques, des solvants ou des cosmétiques proviennent de la pétrochimie. Le PVC, le polyéthylène, le polystyrène, le polyuréthane, les polyesters, les nylons, le polycarbonate... sont en effet tous fabriqués à partir de pétrole (et il ne s'agit là que d'une petite liste). Sans oublier le fioul, utilisé pour le chauffage et la production d'électricité (centrales thermiques à fioul), ou encore le bitume, qui joue le rôle de liant dans l'asphalte employé pour construire les routes (il assure la cohésion entre les fragments de roche).

Un dernier mot à ce sujet. Les quantités de pétrole s'expriment dans une drôle d'unité de mesure, le baril, qui vaut approximativement 159 litres. Cette unité anglo-saxonne remonte aux années 1870. Elle correspond à la capacité des tonneaux en chêne qui servaient à transporter le whisky, l'huile de baleine, les poissons...

Le graphite

Le graphite ! tire son nom, inventé en 1789 par le minéralogiste allemand Abraham Gottlob Werner, du grec "graphein" qui signifie "écrire". Avant cette date, on l'appelait "plombagine" car on pensait qu'il s'agissait d'une variété de plomb (auquel il ressemble un peu). En 1779, le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) parvient à démontrer, en étudiant sa combustion, qu'il s'agit en réalité de carbone.
Il s'agit plus précisément de l'une des deux variétés allotropiques (c'est-à-dire l'une des deux formes cristallines) du carbone pur que l'on rencontre dans la nature (en réalité, il existe une troisième forme très rare, la lonsdaléite, découverte en 1967 dans le Meteor Crater en Arizona).
Le graphite, élément natif, présente une structure cristallline constituée de feuillets appelés "graphènes", qui peuvent facilement glisser les uns sur les autres, ce qui explique les traces que ce dernier laisse sur le papier. Il se présente sous l'aspect d'un solide noir, relativement mou, conducteur (médiocre) de l'électricité, dont la température de fusion (ou plutôt de sublimation, étant donné qu'il passe directement à l'état gazeux) est la plus élevée de la classification périodique, puisqu'elle est d'environ 3 800 °C.

Echantillon de graphite
Echantillon de graphite

Outre la fabrication des mines de crayons de papiers, le graphite est avant tout utilisé en sidérurgie pour ses qualités réfractaires (creusets, briques). Il est aussi employé en tant que conducteur électrique (électrodes, balais de moteurs, batteries lithium-ion) et comme modérateur (il ralentit les neutrons) dans certains réacteurs nucléaires. Il intervient également dans la fabrication de la fibre de carbone, ainsi que dans la composition de peintures anticorrosives, de lubrifiants industriels, du caoutchouc, et la liste est longue...

Le diamant

Le diamant ! tiendrait son nom du grec "adamas", qui signifie "dur". Lui aussi est connu depuis la plus haute Antiquité, son exploitation remontant à près de 3000 ans en Inde, où il est alors considéré comme le "fruit des étoiles". Dans la Grèce et la Rome antiques, il est assimilé aux "larmes de Dieu".
Le chimiste français Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) démontre en 1772 que le charbon et le diamant sont tous deux constitués de carbone.

Le diamant est le matériau naturel le plus dur, mais cette dureté est fonction de son degré de pureté. Alors que certains peuvent être rayés par le nitrure de bore, ce n'est pas le cas des plus durs d'entre eux, en particulier ceux qui proviennent des mines de Copeton et Bingara, en Australie. Constitués de carbone pur, à l'instar du graphite, leur formation nécessite des conditions de température et de pression extrêmes, comme celles rencontrées entre 150 et 400 km de profondeur dans le manteau terrestre. Ils sont ensuite amenés à la surface par le magma, via les cheminées volcaniques. D'autres diamants se sont formés lors d'impacts météoritiques, à partir du graphite présent dans le sol et qui se transforme sous l'effet de la pression colossale résultant de l'onde de choc. C'est ainsi que le cratère Popigaï, situé au nord de la Sibérie, vieux d'environ 35 millions d'années, constituerait l'une des plus grandes réserves mondiales de diamants. Et pendant que nous y sommes, nous allons faire un "petit" saut jusqu'à l'étoile 55 cancri, étoile binaireUne étoile binaire est un système constitué de deux étoiles orbitant l'une autour de l'autre, auxquelles on attribue le nom de l'étoile principale, suivi des lettres A (pour la plus brillante) et B. située dans la constellation du Cancer, à environ 41 années-lumière de la Terre. Le membre principal de ce "couple", 55 cancri A, est accompagné de plusieurs exoplanètes. Rien de bien extraordinaire, puisque l'on a détecté près de 4000 exoplanètes à ce jour, si ce n'est que l'une d'entre elles, 55 Cancri Ae, dont la masse est assez proche de celle de Neptune, serait constituée de graphite en surface, et de diamant en profondeur, pour près d'un tiers de sa masse. Il ne s'agit bien entendu que d'une supposition, mais il n'est pas interdit de rêver.
Quant aux diamants synthétiques, deux procédés permettent de les obtenir : la technique HPHT (haute pression et haute température) consiste à soumettre de la poudre de carbone à une température de 1400°C et à une pression de 58 000 bars, tandis que la technique CVD (dépôt chimique en phase vapeur) consiste à faire croitre un diamant couche après couche, à l'aide de méthane (gaz riche en carbone) et d'hydrogène ionisés. Ce dernier procédé permet d'obtenir des diamants plus purs qu'avec la méthode HPHT.

Cratère Popigaï
Cratère Popigaï
Crédit : NASA

Les deux principales utilisations des diamants sont la joaillerie et l'industrie.

En joaillerie, le diamant est considéré comme l'une des quatre pierres précieuses, avec le rubis, l'émeraude et le saphir. Habituellement incolores, les diamants peuvent contenir des impuretés qui leur confèrent diverses couleurs : bleu, jaune, rouge... Leur éclat exceptionnel résulte de leur indice de réfraction très élevé (2,4), ce qui disperse la lumière et donne ce scintillement si particulier (la façon dont le diamant est taillé joue également un rôle important).
La masse d'un diamant s'exprime en carats, un carat valant exactement 0,2 gramme. A l'heure actuelle, le plus gros diamant taillé est le Cullinan I, avec une masse de 530 carats, soit 106 grammes. Découvert en 1905 dans le Transvaal (Afrique du Sud), il provient d'un diamant brut dont la masse initiale était de 3 106 carats (soit 621 g).
Enfin, l'expression "noces de diamants" est employée pour symboliser 60 ans de mariage.

Cristal de diamant verdâtre
Cristal de diamant verdâtre
Crédit : Géry Parent

Dans l'industrie, les diamants sont principalement utilisés comme abrasifs (instruments de forage), pour faire de la découpe (certains bistouris, employés en chirurgie occulaire, sont en diamant), du meulage ou du polissage.
A l'heure actuelle, la Russie est le plus gros producteur de diamants (près de 28 % du marché mondial), suivi du Botswana (15 %), du Canada (15 %) et de l'Australie (11 %).


Bien entendu, le carbone connait bien d'autres applications, mais nous n'aborderons que quelques-unes d'entre elles et nous nous contenterons de les survoler rapidement.

Quelques exemples d'utilisation du carbone

La fonte et l'acier

Le fer pur est un métal un peu trop fragile pour être employé tel quel, c'est pourquoi on lui ajoute du carbone afin d'améliorer ses propriétés mécaniques, en le rendant plus dur. Selon le pourcentage de carbone, on obtient :

- de l'acier si la teneur en carbone est inférieure à 2 %,

Golden Gate Bridge
Le Golden Gate Bridge et sa structure en acier

- de la fonte si la teneur en carbone est comprise entre 2 % et 6,7 %.

Le sujet sera abordé plus en détails dans la rubrique consacrée au fer.

La fibre de carbone

La fibre de carbone est généralement fabriquée à partir de polyacrylonitrile (plus simplement PAN), un polymère faisant partie de la famille des acryliques. Ce dernier est porté à haute température afin d'obtenir des fibres de carbone pratiquement pures, qui sont ensuite assemblées et tressées pour former une sorte de tissus, à la fois souple, léger et très résistant. Ce tissus est ensuite employé pour servir de renfort dans des matériaux composites.
Les applications de la fibre de carbone sont très diverses : nez de la (défunte) navette spatiale, pièces d'avions de chasse, coques et mats de certains trimarans ou voiliers de compétition, perches de saut à la perche, cadres de vélos, cannes à pêche, arcs de compétition... Leur principal inconvénient réside dans leur mauvaise résistance aux chocs et à l'abrasion.

Le graphène et les nanotubes

Le graphène, isolé pour la première fois en 2004, consiste en un feuillet bidimensionnel constitué d'atomes de carbone, assemblés selon un motif hexagonal. Les cristaux de graphite sont constitués d'un empilement régulier de couches de graphène.

Graphène
Feuillet de graphène

Le graphène est un matériau conducteur. Des études montrent qu'à l'avenir, il pourrait remplacer le silicium pour fabriquer des transistors encore plus petits, ouvrant ainsi la voie à des ordinateurs plus rapides et donc plus performants. De plus, ses propriétés mécaniques et chimiques pourraient en faire un matériau de choix pour fabriquer les électrodes de batteries de voitures, ou pour améliorer la résistance à la corrosion en l'incorporant à de la peinture. Et ce n'est là qu'un petit aperçu des possibilités offertes par ce matériau hors du commun, présentant une résistance dix fois supérieure à celle de l'acier tout en étant beaucoup plus léger, ce qui valut à ses découvreurs (André Geim et Kostya Novoselov) d'obtenir le prix Nobel de physique en 2010. Malheureusement, son coût de production reste encore très élevé à l'heure actuelle.

Quant aux nanotubes, découverts en 1991, ils appartiennent à la famille des fullerènesUn fullerène est une molécule comportant au moins 60 atomes de carbone, pouvant adopter la forme d'une sphère, d'un tube, d'un anneau... La famille des fullerènes, découverte en 1985, représente la troisième forme allotropique connue du carbone (en plus du graphite et du diamant).. Il s'agit là encore de feuillets constitués d'atomes de carbone, enroulés sur eux-mêmes en formant de minuscules tubes creux (de quelques nanomètres de diamètre), parfois ouverts, parfois fermés à leurs extrémités. Leurs propriétés mécaniques sont tout bonnement exceptionnelles. C'est ainsi que leur résistance à la traction pourrait être près de 200 fois plus grande que celle de l'acier, tout en étant six fois plus léger. Certains nanotubes pourraient même être plus durs que le diamant. Ils sont également bons conducteurs de l'électricité, et supraconducteurs à basse température. Quant à leurs propriétés chimiques, leur faible réactivité les rend intéressants dans la mesure où ils pourraient être utilisés pour "enfermer" d'autres molécules, un peu comme des tubes à essais, mais à l'échelle nanométrique.
Les nanotubes de carbone semblent donc promis à un bel avenir, et ce dans nombre de domaines : vêtements plus résistants, matériel sportif high-tech plus solide que la fibre de carbone, stockage de l'hydrogène, réservoirs de lubrifiant pour disques durs, et pourquoi pas fabrication de cables ultra-solides pour un éventuel (mais peu crédible) futur ascenseur spatial...

Ascenseur spatial
L'ascenseur du futur. Peut-être...
Crédit : NASA

Le noir de carbone

Le noir de carbone est une forme amorphe (c'est-à-dire non cristalline) du carbone, qui se présente sous l'aspect d'une poudre noire, constituée de petites particules formant des agrégats inférieurs à 1 micron. Autrefois tiré de la suie, le noir de carbone est aujourd'hui obtenu par combustion incomplète de gaz naturel ou de résidus pétroliers lourds, ce qui permet d'avoir un produit beaucoup plus pur et homogène. La Chine représente à elle seule plus de 40 % de la production mondiale (14 millions de tonnes en 2018).
Le noir de carbone est surtout utilisé comme charge dans le caoutchouc servant à fabriquer les pneus (raison pour laquelle ils sont noirs), afin d'améliorer leur résistance à l'usure et leur durée de vie.

Tas de vieux pneus
Crédit : Mark Buckawicki

Il est également employé comme pigment dans différentes encres (encre d'imprimerie, encre de Chine), dans les toners de photocopieuses, dans certaines peintures pour automobiles... Les plus anciens se souviennent sans doute du papier carbone et des rubans noirs de machines à écrire (je parle d'un temps que les moins de vingt ans...).

Le charbon actif

Le charbon actif est un matériau poreux constitué de carbone pratiquement pur, obtenu à partir de bois (bouleau, hêtre, pin, chêne, tilleul, peuplier), d'écorce de noix de coco, de noyaux d'olives, de bambou, de houille, et j'en passe... Il trouve une multitude d'applications.

- En raison de sa porosité, il est utilisé dans nombre de systèmes de filtrattion (masques à gaz, abris antiatomiques, intérieurs de voitures, hottes de cuisine, cigarettes...). Dans les stations d'épuration, il permet de retenir les bactéries et diverses substances comme les pesticides.

- Il permet de déchlorer l'eau destinée à la fabrication de la bière, et de décaféiner le café.

- En cas d'ingestion de substances toxiques, il peut jouer le rôle d'antidote en absorbant lesdites substances.

- Ses propriétés constipantes font de lui un excellent antidiarrhéique. Il est également fort apprécié dans la lutte contre les flatulences chroniques.

- Toujours en raison de sa porosité, il permet de stocker du dihydrogène.

Carbures de bore, de calcium, de silicium et de tungstène

Le carbure de bore (B4C) est une céramique à peine moins dure que le nitrure de bore, mais plus résistante à l'usure. Plutôt inerte chimiquement (il résiste à l'acide fluorhydrique), il ne fond qu'à 2 300°C alors qu'il est très léger (environ 2,5 g / cm3). Ces qualités font qu'il est souvent employé pour fabriquer des blindages de chars d'assaut et des plaques de gilets pare-balles.

Echantilon de carbure de bore
Echantilon de carbure de bore

Le carbure de calcium (CaC2) ! est une "pierre" de synthèse qui, au contact de l'eau, libère de l'acétylène (C2H2), gaz combustible utilisé en spéléologie pour alimenter les lampes à acétylène.

Le carbure de silicium (SiC), céramique de synthèse ultradure et réfractaire, est utilisé comme abrasif (meulage, polissage...), dans certains blindages et plaques de gilets pare-balles, dans les disques de freins à hautes performances, et bien d'autres choses encore...

Le carbure de tungstène (WC) est une céramique réfractaire extrêmement dure, très dense (environ 15,6 g/cm3), présentant une grande résistance à l'usure, utilisée pour fabriquer des instruments coupants, des forets, des munitions anti-chars...

Et il ne s'agit là que de quelques exemples...

La datation au carbone 14

Dans la haute atmosphère, les rayons cosmiques, ces particules de (très) haute énergie qui circulent dans l'espace à des vitesses parfois proches de celle de la lumière, entrent en collision avec les molécules d'air, ce qui engendre une chaîne de réactions produisant des neutrons. Ces neutrons sont ensuite capturés par des atomes d'azote 14 (le diazote est le principal constituant de l'air), qui éjectent un de leurs protons et donnent ainsi naissance à des atomes de carbone 14, selon le mécanisme suivant :

14N + 1n (neutron) ---> 14C + 1H (proton)

Les atomes de carbone 14 ainsi formés ne sont pas stables dans le temps. Ils se désintègrent à un rythme tel que dans un échantillon donné, la moitié d'entre eux ont "disparu" au bout de 5730 ans. Au cours de ces désintégrations, chaque atome de carbone 14 concerné voit l'un de ses neutrons se transformer en proton, le tout accompagné de l'éjection d'un électron (on appelle cela la radio-activité "bêta moins"), ce qui a pour conséquence de le retransformer en atome d'azote 14 :

14C ---> 14N + e- (électron)

Ceci étant posé, le principe de la datation au carbone 14 est relativement simple : une plante, un arbre, un animal, absorbent du carbone, lequel contient une infime quantité de carbone 14, dont la proportion reste constante tant qu'ils sont vivants. Par contre, dès qu'ils meurent, la quantité de carbone 14 qu'ils contiennent décroit progressivement au cours du temps, puisque ce dernier n'est plus renouvelé. La mesure du rapport 14C / 12C permet donc en principe, moyennant un certain nombre de précautions, de déterminer la durée écoulée depuis la mort de l'animal (ou de l'arbre) en question. Pour plus de détails, vous pourrez regarder avec profit la vidéo suivante !.



Astronomie pour les myopes - Mentions légales