Journal de Saclay n°32 - CEA Saclay

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Le Temps PROFESSION CHRONOLOGUE Au Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE), la datation est à la fois un outil précieux et un thème de recherche fédérateur, au service de la climatologie, de l’archéologie et des sciences de la Terre. La nature recèle de nombreux indices des climats passés : la glace, les sédiments, le bois, les stalagmites ou encore datation par le carbone 14 2 , s’applique à des échantillons dérivés d’organismes vivants, vieux de moins de 45 000 ans. Elle a pour principal défaut de ne pas être une mesure absolue. Pour caler les âges 14 C sur le calendrier, les chercheurs du LSCE multiplient les datations croisées. Ainsi, les stalagmites se prêtent aussi bien à des analyses par 14 C que par uranium – thorium, une technique qui autorise une datation absolue. Pareillement, les coraux de surface 3 contribuent à la calibration des âges 14 C, indépendamment des informations climatiques que ces objets portent. La Terre et les météorites Le saviez-vous L’âge de la Terre a été mesuré à partir de météorites, plus anciennes que les plus vieux matériaux terrestres à notre portée. La Terre et les météorites ont en effet une origine commune. La méthode radioactive utilisée (rubidium – strontium) a conduit à fixer l’âge de la Terre à 4,5 milliards d’années. 1 les squelettes coralliens témoignent de conditions climatiques que seule une analyse isotopique 1 peut révéler. Or ces informations n’ont de sens que si elles sont ordonnées sur un calendrier. Les substrats qui enregistrent l’alternance des saisons, comme le bois ou certains sédiments lacustres, se prêtent bien à l’exercice. Pour chaque région climatique et chaque essence, les dendrochronologues ont en effet accumulé des profils de cernes provenant d’arbres et de fossiles, sur une période couvrant près de 10 000 ans. Ainsi des chercheurs du LSCE étudient-ils le climat des derniers siècles à partir de carottes forées dans les charpentes de monuments anciens comme le château de Fontainebleau. Carbone 14 et datations croisées Les autres matériaux exigent des mesures plus sophistiquées utilisant la radioactivité. La plus connue d’entre elles, la ARTEMIS ARTEMIS est un accélérateur pour la recherche en sciences de la Terre, environnement et muséologie. L’installation, cofinancée par le CEA, le CNRS, l’Institut de recherche et développement, l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire, le Ministère de la culture et de la communication et le Conseil régional d’Ile-de France, peut traiter plus de 4 500 échantillons par an. Elle est implantée sur le centre CEA de Saclay au Laboratoire de mesure du carbone 14 (unité mixte). ARTEMIS permet de mesurer le carbone 14 sur des échantillons de quelques milligrammes seulement. La technique se prête notamment à la mesure des pigments utilisés dans les grottes ornées préhistoriques. Dendrochronologie : 0 – 12 000 ans Carbone 14 : 0 – 45 000 ans Uranium – thorium : 0 – 450 000 ans Potassium – argon : 0 – 3 500 000 ans 6
Au service de l’archéologie Pour remonter au-delà de 45 000 ans, les archéologues utilisent les éclats de silex chauffés. Imaginez un homme en train de tailler un silex au coin du feu : des éclats tombent dans le foyer… Ces objets sont analysés aujourd’hui par thermoluminescence : quand on les chauffe, ils émettent une lumière ténue qui trahit la durée d’exposition du silex aux rayonnements ionisants 4 depuis son dernier chauffage. 2 Cette technique, ainsi que la luminescence optiquement stimulée, qui lui est apparentée, constitue une des spécialités du LSCE. Elles sont utilisées pour étudier l’évolution des populations préhistoriques au cours des derniers 500 000 ans. Les fouilles archéologiques situées dans des zones tectoniques comme le Rift africain bénéficient, quant à elles, de la datation de basaltes et de cendres volcaniques, respectivement par potassium – argon et argon – argon. Avec une fréquence moyenne de l’ordre de 10 000 ans, les éruptions permettent de « quadriller » la période étudiée. Comme les laves, les sédiments peuvent enregistrer des informations relatives à la polarité et à l’intensité du champ magnétique terrestre. Certaines anomalies magnétiques bien documentées peuvent ainsi constituer des repères, car les laves, porteuses de ces informations, peuvent être datées précisément par K-Ar ou Ar-Ar. Comprendre les transitions climatiques Ne contenant ni carbone ni uranium, les carottes de glace ne peuvent généralement pas être datées directement. L’information de température (et d’humidité) qu’elles portent 5 est utilisée pour calculer la quantité de neige déposée. La datation est fournie par un modèle qui prend en compte à la fois ce calcul, le tassement mécanique de la couche de neige et les variations d’insolation dues à des paramètres astronomiques. Les grands cycles climatiques sont aujourd’hui bien identifiés mais il reste à comprendre les transitions. Où le changement démarre-t-il Comment se propage-t-il La réponse à ces questions passe par des datations encore plus précises. Dans cette perspective, de multiples recoupements sont effectués. Les mêmes événements climatiques rapides peuvent ainsi être identifiés dans d’autres archives, comme les stalagmites qui enregistrent les variations de température via l’activité microbienne des sols. Ces stalagmites, présents sur tous les continents, offrent l’avantage de permettre des datations très préci- Le saviez-vous Le Temps Des coquilles dans les sédiments Pour les climatologues, les glaces polaires et les sédiments marins sont une mine : ces matériaux ont notamment emmagasiné continûment diverses informations reliées à la température sur des périodes qui peuvent atteindre le million d’années. Les carottes marines peuvent être datées grâce à des mesures de 14 C sur des coquilles d’organismes unicellulaires (foraminifères) ou de crustacés (ostracodes) ou par des mesures U-Th sur des coquilles de mollusques (ptéropodes), pour peu que ces animaux évoluent dans les eaux de surface. Pour améliorer la précision, il faut rechercher des repères absolus comme des cendres volcaniques, datables par Ar-Ar. Une autre piste est fournie par le paléomagnétisme. Le corail et l’âge des masses d’eau océaniques Le corail profond contient du 14 C d’origine atmosphérique, qui est arrivé là avec les grands courants océaniques. La datation U-Th réalisée sur le corail permet de corréler cette mesure avec la teneur atmosphérique concomittante. Le 14 C sert ici à dater les masses d’eau. 7
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