Questions aux experts

De nombreux sites web présentent en détail la datation au carbone 14, notamment:
http://carbon14.univ-lyon1.fr/intro.htm
http://www.cea.fr/fr/jeunes/livret/Radioactivite/index.html

En résumé, on peut dire que :

La grande majorité des atomes de carbone qui nous entourent et dont nous sommes en partie constitué sont des atomes de carbone 12 (6 protons, 6 neutrons) stables, mais il y a aussi des atomes de carbone 14 (6 protons, 8 neutrons).
Ces derniers sont naturellement radioactifs et se transforment petit à petit en azote 14 (7 protons, 7 neutrons) stable.
On pourrait donc penser que la proportion de carbone 14 dans le carbone de l'air (le carbone est notament présent dans le CO2) diminue avec le temps. Mais il n'en est rien, car les rayonnements cosmiques transforment une petite partie de l'azote de l'air en carbone 14. Un équilibre s'est finalement trouvé et on peut dire que la proportion de carbone 14 dans le carbone de l'air, des plantes, des hommes est constante depuis très longtemps déjà.

Lorsqu'un arbre meurt, il ne peut plus échanger son carbone avec celui de l'atmosphère, par conséquent son stock de carbone 14 diminue petit à petit alors que son stock de carbone 12 reste intact (car le carbone 12 est stable).

Comme on connaît à quelle vitesse les atomes de carbone 14 se transforment, on peut déterminer la date de la mort de l'arbre en comptant combien il lui reste de carbone 14 par rapport au carbone 12.
Pour vos élèves, vous pourriez faire l'expérience suivante avec des sabliers (bouteilles en plastique remplies de petits pois crus ou autre, mais toutes identiques):

- 1er temps : les enfants mesurent en combien de temps se vident les bouteilles (à moitié, au quart... on peut dessiner des graduations sur les bouteilles, en fraction, puis, après mise en commun des résultats, en minutes)
- 2eme temps : les enfants sont divisé en deux groupes. Ils ouvrent les bouteilles à des heures données et note ces heures avec le numéro des bouteilles
- 3eme temps : les groupes échangent les bouteilles et les enfants doivent deviner à quelle heure elles ont été ouvertes en utilisant les résultats du 1er temps
- 4eme temps : on discute des résultats...

Juste un petit complément à propos de l'expérience proposée par Quentin. Pour l'avoir déjà faite avec des enfants, je me souviens que ce qui les avait étonné était qu'on puisse remonter aussi loin dans le temps (des milliers, voire des millions d'années).
Il faut insister sur le fait que, avec la méthode du carbone 14 (et c'est vrai pour toutes les désintégrations radioactives), la moitié du carbone 14 disparait au bout d'une certaine période de temps, toujours la même.
Au bout d'une période, il reste la moitié du carbone 14, au bout de 2 périodes, il n'en reste qu'un quart, au bout de 3 période, un huitième, puis un seixième, etc.

Dans le cas du carbone 14, la période (on dit aussi "demi-vie") vaut 5 570 ans. Ainsi, tous les 5000 ans environ, la moitié du carbone 14 disparait. C'est en comptant ce qui reste qu'on évalue le nombre de périodes écoulées, et donc l'âge de l'objet.