Les méthodes de datation des archéologues

Stephanie Halmhofer
Lisibilité
8.05

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Découvre comment les archéologues utilisent la méthode de datation radiométrique pour établir l’âge des matières organiques.

Pendant des décennies, nous avons cru que nos ancêtres avaient commencé à fabriquer des outils en pierre il y a 2,4 millions d’années. Cependant, une étude menée en 2015 a livré une tout autre conclusion. Des outils en pierre découverts au Kenya étaient en fait vieux de plus de 3 millions d’années! Cette découverte a repoussé de 700 000 ans la période du début de la fabrication d’outils en pierre. Elle a changé toute l’histoire de l’évolution de l’humanité!

Connaître l’âge d’un artefact peut être essentiel pour comprendre l’histoire d’un lieu, d’un groupe ou d’une région, voire l’histoire de l’humanité en général. Les personnes qui étudient l’histoire des êtres humains à partir de vestiges physiques s’appellent des archéologues.

Quelques outils en pierre découverts au Kenya. Reproduction avec l’aimable autorisation de Springer Nature : Nature.
Quelques outils en pierre découverts au Kenya. Reproduction avec l’aimable autorisation de Springer Nature : Nature. (Outils en pierre datant de 3,3 millions d’années trouvés sur le site archéologique Lomekwi 3, sur la côte ouest du lac Turkana, au Kenya. Sonia Harmand, Jason E. Lewis, Craig S. Feibel, Christopher J. Lepre, Sandrine Prat et coll., 2015).

Mais comment les archéologues font-ils pour établir l’âge de quelque chose? La réponse varie selon que la matière à analyser est organique ou inorganique. La matière organique provient d’êtres vivants;  la nourriture ou les végétaux sont des exemples de matière organique. La matière inorganique ne provient pas du vivant; la pierre est un exemple de matière inorganique.

La plupart des sites archéologiques contiennent des matières organiques. La méthode la plus répandue pour établir l’âge de ces matières est la datation au carbone 14. Pour les objets vraiment très anciens, les archéologues peuvent notamment utiliser la datation au potassium-argon. Examinons ces méthodes plus en détail.

Qu’est-ce que la datation au carbone 14?

La datation au carbone 14 mesure le niveau de carbone 14 (14C), un isotope instable du carbone qui est présent dans la matière organique. Les êtres vivants, comme les plantes, les animaux et les humains, absorbent le carbone 14 à travers l’air qu’ils respirent et les aliments qu’ils ingèrent. Dès qu’un organisme meurt, le carbone 14 qu’il contient commence à se dégrader et se transforme en carbone 12 (12C), un isotope stable du carbone. La demi-vie du carbone 14 est d’environ 5 730 ans. Cela signifie que 5 730 ans après la mort d’un être organique, ses os et ses tissus ne contiendront plus que 50 % du carbone 14 qui était présent à sa mort.

Le savais-tu?

Les archéologues se servent souvent des cercles de croissance (ou cernes) des arbres pour étudier l’histoire humaine ou écologique. On appelle cette méthode la dendrochronologie.

Imagine que tu travailles sur un site de fouilles archéologiques et que tu mettes à jour des ossements de wapiti. Tu pourrais utiliser ces ossements pour établir l’âge de ce site. Tout d’abord, tu dois prélever un petit échantillon d’os et le nettoyer soigneusement afin de le débarrasser de tous les éléments étrangers, comme les racines de plantes, la terre ou d’autres contaminants. Une fois l’échantillon propre, tu peux le placer dans un spectromètre de masse par accélérateur.

Un spectromètre de masse par accélérateur au Laboratoire national Lawrence-Livermore, en Californie
Un spectromètre de masse par accélérateur au Laboratoire national Lawrence-Livermore, en Californie (Source : Département de l’Énergie des États-Unis via Wikimedia Commons).

Cet appareil à haute sensibilité mesure les quantités de carbone 14 et de carbone 12 qui restent dans l’os. Tu peux ensuite comparer les chiffres obtenus avec des mesures de référence afin d’établir quand le wapiti est mort. Tu auras ainsi une très bonne idée de l’ancienneté du site de fouilles archéologiques. Par exemple, si l’os contient 50 % de carbone 14 et 50 % de carbone 12, tu peux estimer que l’os – et le site – date d’environ 5 730 ans.

Le pourcentage de carbone 14 diminue de moitié à chaque demi-vie de 5 730 ans
Le pourcentage de carbone 14 diminue de moitié à chaque demi-vie de 5 730 ans (© 2019 Parlons sciences).

Le savais-tu?

Les premiers résultats obtenus par datation au carbone 14 ont été publiés en 1949 par un chimiste américain du nom de Willard Libby. Willard Libby a reçu le prix Nobel de chimie en 1960 en reconnaissance de son travail. 

Qu’est-ce que la datation au potassium-argon?

La datation au carbone 14 peut être utilisée pour des objets datant au plus de 50 000 ans. Tout ce qui est plus ancien que cela ne contiendra plus de carbone 14. Dès lors, comment dater des fossiles et des matières inorganiques comme ces outils en pierre découverts au Kenya, dont on estime l’âge à trois millions d’années? Les archéologues peuvent dater ces matières en utilisant une méthode similaire appelée datation au potassium-argon. Quand la roche se crée, y compris les fossiles, elle emprisonne en elle du potassium 40 (40K) qui se désintègre lentement en argon 40 (40Ar). La demi-vie du potassium 40 est de 1,3 milliard d’années. Cela signifie que mesurer le rapport entre le potassium 40 et l’argon 40 permet de dater des objets vieux de plusieurs millions d’années.

Qu’est-ce que l’effet de réservoir marin?

Malheureusement, la datation au carbone 14 et les techniques dérivées ne sont pas parfaites. Ainsi, les archéologues doivent tenir compte de l’effet de réservoir marin. Les niveaux de carbone 14 varient avec le temps. Cela vient du fait que l’atmosphère où se crée le carbone 14 change au fil du temps. Cependant, les océans sont si profonds qu’il faut beaucoup de temps au carbone 14 de l’atmosphère pour en atteindre le fond. Par conséquent, tout lieu de l’océan qui se trouve à plus de 10 mètres de profondeur présente des niveaux de carbone 14 qui peuvent le faire paraître jusqu’à 400 ans plus âgé que ce qui se trouve à la surface.

Qu’est-ce que cela signifie pour les archéologues? Les archéologues doivent se rappeler que les restes d’humains et d’animaux ayant eu un régime alimentaire riche en produits de la mer auront des niveaux de carbone 14 qui les feront paraître plus anciens qu’ils ne le sont vraiment. Les archéologues tiennent compte de l’effet de réservoir marin en apportant de petites corrections aux résultats des mesures. Par exemple, les documents historiques indiquent que le roi Richard III d’Angleterre est mort et a été inhumé en 1485. Or, quand on a découvert son squelette, la datation au carbone 14 a indiqué que celui-ci avait été inhumé entre 1412 et 1449. Cependant, d’autres mesures ont montré que le squelette contenait des niveaux élevés de protéines marines. Donc, après avoir tenu compte de l’effet de réservoir marin, les chercheurs ont établi par datation au carbone 14 que la date d’inhumation était comprise entre 1475 et 1530. Ces résultats corrigés ont appuyé la théorie selon laquelle le squelette retrouvé était bien celui de Richard III.

Archéologue travaillant sur le site de fouilles où le squelette de Richard III a été découvert
Archéologue travaillant sur le site de fouilles où le squelette de Richard III a été découvert (Source : Sue Hutton [CC BY-SA 2.0] via Wikimedia Commons).

Récapitulons...

La datation au carbone 14 a été utilisée pour la première fois à la fin des années 1940. Depuis, cette méthode est restée l’un des outils les plus importants des archéologues. Ce n’est qu’une méthode parmi d’autres, mais elle est la plus couramment utilisée, car la plupart des sites archéologiques contiennent des matières organiques. Cependant, pour des artefacts vraiment très anciens, les archéologues peuvent utiliser la datation au potassium-argon.

La datation radiométrique peut aider les archéologues à comprendre toutes sortes d’aspects du passé, notamment connaître les avancées technologiques, établir quand un groupe de personnes s’est déplacé vers une certaine région, ou même identifier un célèbre roi. Elle est la meilleure alliée de l’archéologue!

Amorces de discussion

Faire des liens

  • Existe-t-il un site de fouilles archéologiques dans ta région ou à proximité? Si oui, décris ce que les archéologues y cherchent.
  • As-tu déjà visité un site de fouilles archéologiques? Raconte.
  • Aimerais-tu passer tes vacances d’été à travailler sur un site de fouilles en compagnie d’archéologues professionnels et d’étudiants universitaires? Pourquoi?
  • Imagine que tu trouves un objet que tu penses très ancien : préférerais-tu le garder en souvenir ou en faire don à un endroit approprié? Justifie ta réponse.

Faire des liens

  • Existe-t-il un site de fouilles archéologiques dans ta région ou à proximité? Si oui, décris ce que les archéologues y cherchent.
  • As-tu déjà visité un site de fouilles archéologiques? Raconte.
  • Aimerais-tu passer tes vacances d’été à travailler sur un site de fouilles en compagnie d’archéologues professionnels et d’étudiants universitaires? Pourquoi?
  • Imagine que tu trouves un objet que tu penses très ancien : préférerais-tu le garder en souvenir ou en faire don à un endroit approprié? Justifie ta réponse.

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • Pourquoi est-il important que le gouvernement fédéral protège et gère le patrimoine archéologique sous sa responsabilité? Développe ta réponse.
  • Un géoradar est un outil qui permet aux scientifiques de détecter ce qu’il y a dans le sol sans creuser. Doit-on limiter l’étude des anciens sites d’inhumation aux données recueillies grâce à cet outil? Pourquoi?
  • Certains sites archéologiques devraient-ils être mieux protégés que d’autres? Justifie ta réponse.

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • Pourquoi est-il important que le gouvernement fédéral protège et gère le patrimoine archéologique sous sa responsabilité? Développe ta réponse.
  • Un géoradar est un outil qui permet aux scientifiques de détecter ce qu’il y a dans le sol sans creuser. Doit-on limiter l’étude des anciens sites d’inhumation aux données recueillies grâce à cet outil? Pourquoi?
  • Certains sites archéologiques devraient-ils être mieux protégés que d’autres? Justifie ta réponse.

Explorer les concepts

  • En utilisant tes propres mots, explique le concept de la demi-vie. Utilise le carbone 14 pour illustrer ton explication.
  • Quel(s) facteur(s) diminue(nt) le degré d’exactitude de la datation au carbone 14?
  • Un isotope radioactif a une demi-vie de 5 000 ans. Un fossile récemment découvert contient 1/8 de l’isotope original. Calcule l’âge du fossile.
  • Quel renseignement peux-tu obtenir en utilisant un spectromètre de masse par accélérateur pour la datation au carbone 14?
  • Pourrais-tu utiliser la datation au carbone 14 pour établir l’âge d’os de dinosaures? Pourquoi?

Explorer les concepts

  • En utilisant tes propres mots, explique le concept de la demi-vie. Utilise le carbone 14 pour illustrer ton explication.
  • Quel(s) facteur(s) diminue(nt) le degré d’exactitude de la datation au carbone 14?
  • Un isotope radioactif a une demi-vie de 5 000 ans. Un fossile récemment découvert contient 1/8 de l’isotope original. Calcule l’âge du fossile.
  • Quel renseignement peux-tu obtenir en utilisant un spectromètre de masse par accélérateur pour la datation au carbone 14?
  • Pourrais-tu utiliser la datation au carbone 14 pour établir l’âge d’os de dinosaures? Pourquoi?

Nature de la science et de la technologie

  • Quelles sont les limites de la datation au carbone 14?
  • D’après des études, la combustion des combustibles fossiles altère le ratio de carbone présent dans l’atmosphère et pourrait fausser dans les décennies à venir les résultats de la datation au carbone 14, faisant paraître des objets plus vieux de centaines ou de milliers d’années qu’ils ne le sont en réalité. Doit-on s’inquiéter de ne plus pouvoir un jour utiliser la datation au carbone 14? Pourquoi?

Nature de la science et de la technologie

  • Quelles sont les limites de la datation au carbone 14?
  • D’après des études, la combustion des combustibles fossiles altère le ratio de carbone présent dans l’atmosphère et pourrait fausser dans les décennies à venir les résultats de la datation au carbone 14, faisant paraître des objets plus vieux de centaines ou de milliers d’années qu’ils ne le sont en réalité. Doit-on s’inquiéter de ne plus pouvoir un jour utiliser la datation au carbone 14? Pourquoi?

Suggestions pour l'enseignement

  • Cet article peut servir pour des activités d’enseignement et d’apprentissage dans les catégories « Chimie », « Biologie » et « Terre & Environnement » afin d’aborder des sujets comme la datation radiométrique, les isotopes et le cycle du carbone. Parmi les principaux concepts présentés, citons le métier d’archéologue, la datation au carbone 14, l’isotope, le spectromètre de masse par accélérateur, la datation au potassium-argon et l’effet de réservoir marin.
  • Après la lecture de l’article et pour aider les élèves à consolider leur apprentissage, les enseignants peuvent demander à ceux-ci d’utiliser la stratégie de la Discussion écrite sur un thème afin de répondre à la question suivante : « Comment l’archéologue fait-il pour dater des échantillons? » Téléchargez les fiches reproductibles prêtes à utiliser de la Discussion écrite sur un thème pour cet article au format [Document Google] et [PDF].
  • Pour conclure l’activité et évaluer la compréhension des élèves, les enseignants peuvent demander à ceux-ci de remplir un billet de sortie. Téléchargez les fiches reproductibles prêtes à utiliser du Billet de sortie pour cet article au format [Document Google] et [PDF].

Suggestions pour l'enseignement

  • Cet article peut servir pour des activités d’enseignement et d’apprentissage dans les catégories « Chimie », « Biologie » et « Terre & Environnement » afin d’aborder des sujets comme la datation radiométrique, les isotopes et le cycle du carbone. Parmi les principaux concepts présentés, citons le métier d’archéologue, la datation au carbone 14, l’isotope, le spectromètre de masse par accélérateur, la datation au potassium-argon et l’effet de réservoir marin.
  • Après la lecture de l’article et pour aider les élèves à consolider leur apprentissage, les enseignants peuvent demander à ceux-ci d’utiliser la stratégie de la Discussion écrite sur un thème afin de répondre à la question suivante : « Comment l’archéologue fait-il pour dater des échantillons? » Téléchargez les fiches reproductibles prêtes à utiliser de la Discussion écrite sur un thème pour cet article au format [Document Google] et [PDF].
  • Pour conclure l’activité et évaluer la compréhension des élèves, les enseignants peuvent demander à ceux-ci de remplir un billet de sortie. Téléchargez les fiches reproductibles prêtes à utiliser du Billet de sortie pour cet article au format [Document Google] et [PDF].

En savoir plus

Datation au carbone 14 Futura-sciences -- Une brève introduction à la datation au carbone 14.

Datation en archéologie (2015) L'Encyclopédie canadienne -- Un aperçu des techniques de datation archéologique, y compris la datation relative et la datation absolue.

Depuis 80 ans, la datation au carbone 14 permet à la science de remonter le temps (2020) Radio-Canada -- Un reportage sur la découverte et les applications de la datation au carbone. Avec des clips vidéo et des nouvelles d'archives.

Datation et caractérisation des matériaux archéologiques et sédimentaires (2019) Musée de l'Homme -- Vidéo dans lequel Matthieu Lebon, préhistorien, maître de conférences au Musée de l'Homme, spécialiste des archives sédimentaires, anthropologiques et des matériaux de la préhistoire explique ce qu’il fait comme travail. (1 min 55 s)

Références

Burleigh, R. (1974). Radiocarbon dating: Some practical considerations for the archaeologist. Journal Of Archaeological Science, 1(1), 69-87. DOI: 10.1016/0305-4403(74)90018-1

Taylor R.E. (2014) Radiocarbon dating in archaeology. In: Smith C. (eds) Encyclopedia of Global Archaeology. Springer.