Les horloges naturelles qui peuvent déterminer l'heure du décès d'une personne

Lorsqu'un objet meurt, un signal radioactif révélateur résonne comme une horloge naturelle. Sa découverte nous a permis de résoudre de nombreux mystères naturels.

Il y aurait des tas de cette substance dans les égouts. Willard Libby en était sûr.

C'était au milieu des années 1940, et l'objectif du chimiste américain était de trouver une forme radioactive de carbone, le carbone 14 , dans la nature. Il avait compris que, si elle était présente, elle laisserait une trace se dégradant lentement dans les plantes et les animaux morts. Ainsi, déterminer la quantité restante dans leurs restes révélerait la date de leur mort.

Mais Libby devait prouver que le carbone 14 était présent dans la nature à des concentrations correspondant à ses estimations. D'autres scientifiques n'avaient détecté le carbone 14 qu'après l'avoir synthétisé en laboratoire.

Libby a déduit que les êtres vivants le déposaient dans leurs excréments, c'est pourquoi il s'est tourné vers les eaux usées. Celles produites par les habitants de Baltimore, plus précisément. Et il a trouvé ce qu'il cherchait.

Libby ne le savait pas à l'époque, mais l'idée que l'on puisse utiliser du carbone radioactif – le radiocarbone – pour dater des objets aurait toutes sortes d'applications.

Depuis le milieu du XXe siècle, la datation au radiocarbone a confirmé l'âge d'innombrables artefacts anciens, aidé à résoudre des cas de disparitions et emprisonné des trafiquants d'ivoire. Elle a même permis aux scientifiques de comprendre les subtilités du climat terrestre. La datation au radiocarbone est l'une des clés qui nous ouvre les portes de notre monde.

Mais comment le carbone 14 apparaît-il ? Libby comprenait qu'il était produit en permanence par les rayons cosmiques frappant les atomes d'azote de l'atmosphère terrestre, modifiant ainsi leur structure. L'atome de carbone 14 ainsi formé se combine rapidement à l'oxygène pour former du dioxyde de carbone (CO2) radioactif.

De retour au sol, les plantes absorbent une partie du CO2 radioactif présent dans l'air au cours de leur croissance, tout comme les animaux – y compris les humains – qui les consomment. Tant qu'une plante ou un animal est vivant, il reconstitue continuellement ses réserves internes de carbone 14, mais à sa mort, ce processus s'arrête.

Le radiocarbone se désintégrant à une vitesse connue, mesurer la quantité restante dans la matière organique permet de connaître son âge. Une horloge qui se met en marche dès la mort d'un élément.

Une fois que Libby a confirmé la présence de carbone 14 dans le gaz méthane provenant des égouts de Baltimore, il a continué à détecter du radiocarbone dans de nombreuses choses différentes, lui permettant de prouver leur âge – des enveloppes en lin des manuscrits de la mer Morte à un morceau de navire trouvé dans la tombe de Sésostris III , un roi égyptien qui a vécu il y a près de 4 000 ans.

« C'est un problème où l'on ne dit à personne ce que l'on fait. C'est complètement fou », a déclaré Libby plus tard. « On ne peut pas dire à qui que ce soit que les rayons cosmiques peuvent écrire l'histoire de l'humanité. Impossible. C'est pourquoi on a gardé le secret. »

Mais une fois qu'il eut prouvé son efficacité, il le fit savoir au monde entier. Et, en 1960, Libby remporta le prix Nobel de chimie .

Sa technique fonctionne sur des matières organiques vieilles de 50 000 ans maximum. Au-delà, il reste trop peu de carbone 14. La désintégration progressive du carbone 14 rend la datation au radiocarbone possible, mais cela signifie aussi que l'on ne peut remonter que jusqu'à un certain point. Malgré cela, la datation au radiocarbone est aujourd'hui essentielle à notre compréhension de l'histoire.

« En termes de mise en ordre des choses, en termes de possibilité de comparaison entre différentes régions en particulier, et de compréhension du rythme du changement, cela a été vraiment important », explique Rachel Wood, qui travaille dans l'un des laboratoires de datation au radiocarbone les plus réputés au monde, l' Oxford Radiocarbon Accelerator Unit .

Elle et ses collègues datent des matériaux tels que des os humains, du charbon de bois, des coquillages, des graines, des cheveux, du coton, du parchemin et des céramiques, mais aussi des substances plus étranges. « Nous faisons des découvertes vraiment insolites, comme de l'urine de chauve-souris fossilisée », explique-t-elle.

Le laboratoire utilise un spectromètre de masse à accélérateur pour quantifier directement les atomes de carbone 14 dans un échantillon, contrairement à Libby, qui ne pouvait mesurer que le rayonnement émis et ainsi déduire la quantité de carbone 14 contenue dans un échantillon. L'accélérateur permet également de dater des échantillons minuscules, parfois de l'ordre du milligramme, alors que Libby avait besoin de beaucoup plus de matériel.

L'élimination des contaminants contenant du carbone peut prendre des semaines, mais une fois le processus terminé, l'accélérateur fournit facilement l'âge estimé d'un échantillon. « C'est vraiment passionnant de pouvoir voir les résultats immédiatement », déclare Wood.

La datation au radiocarbone a mis fin à des débats de longue date. Prenons l'exemple du squelette humain découvert par le théologien et géologue William Buckland au Pays de Galles en 1823. Buckland affirmait qu'il n'avait pas plus de 2 000 ans , et pendant plus d'un siècle, personne n'a pu prouver son erreur.

La datation au radiocarbone a finalement révélé qu'il datait en réalité de 33 000 à 34 000 ans – les plus anciens restes humains enterrés connus au Royaume-Uni.

Des restes humains plus récents ont également révélé leurs secrets grâce à cette technologie.

En 1975, une adolescente de 13 ans, Laura Ann O'Malley, a été portée disparue à New York. On pensait que les restes retrouvés dans le lit d'une rivière californienne dans les années 1990 provenaient d'une tombe historique, jusqu'à ce qu'une datation au radiocarbone, effectuée plus tôt cette année, révèle qu'ils appartenaient à une personne née entre 1964 et 1967, probablement décédée entre 1977 et 1984. Cela correspondait à la chronologie de la disparition d'O'Malley, et une analyse ADN a confirmé que les restes étaient les siens.

Les analyses médico-légales s'appuient souvent sur la méthode de datation au radiocarbone par « impulsion de bombe » , rendue possible grâce aux centaines d'essais d'armes nucléaires atmosphériques qui ont eu lieu dans les années 1950 et 1960.

Les explosions ont libéré d'importantes quantités de carbone 14 supplémentaires dans l'atmosphère , mais ces niveaux artificiellement élevés n'ont cessé de baisser depuis.

Ainsi, en comparant les mesures de carbone 14 à cette courbe descendante, il est possible de dater très précisément les matériaux du milieu du XXe siècle, à un an près dans certains cas.

« Je ne connais aucune autre technique aussi performante », déclare Sam Wasser, biologiste de la faune sauvage à l'Université de Washington. « C'est extrêmement utile. »

Wasser a analysé les résultats de la datation au radiocarbone d'échantillons d'ivoire dans le cadre de la lutte contre le commerce illégal d'espèces sauvages. Ces données permettent de déterminer si les éléphants sont morts avant ou après l'interdiction de la vente d'ivoire en 1989 , quelles que soient les affirmations des trafiquants.

Edouodji Émile N'Bouke, condamné au Togo en 2014, est l'un des hommes emprisonnés sur la base de ces preuves. Si les tests ADN ont permis de découvrir l'origine géographique de l'ivoire trafiqué, la datation au radiocarbone a révélé la date exacte du braconnage des éléphants. Ces deux éléments de preuve ont constitué « la preuve irréfutable essentielle pour traduire N'Bouke en justice », a déclaré ultérieurement le Département d'État américain.

Les mêmes techniques ont révélé que des œuvres d'art étaient des contrefaçons. Prenons l'exemple d'une peinture représentant une scène de village qu'un faussaire prétendait avoir été réalisée en 1866. La datation au radiocarbone a confirmé qu'elle avait en réalité été peinte et vieillie artificiellement dans les années 1980.

La datation au radiocarbone a également permis de mieux comprendre le changement climatique en aidant les scientifiques à comprendre l'effet des émissions de combustibles fossiles sur le climat terrestre. Les études sur les glaciers et les écosystèmes anciens, par exemple, sont beaucoup plus précises grâce à la technologie de datation au radiocarbone.

Ces recherches ont alimenté les rapports du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), qui a reçu en 2007 le prix Nobel de la paix – aux côtés de l'ancien vice-président américain Al Gore – pour son travail de diffusion d'informations sur le changement climatique.

« C'est également très utile pour ceux qui souhaitent utiliser des modèles climatiques pour prédire l'évolution du climat futur », explique Tim Heaton, professeur de statistiques appliquées à l'Université de Leeds. Les scientifiques peuvent utiliser les enregistrements radiocarbone pour déterminer l'évolution du climat terrestre au fil du temps et comparer les modèles climatiques à ces résultats, validant ainsi leur exactitude.

Mais un autre compte à rebours est en marche. Les combustibles fossiles contiennent d'importantes quantités de carbone, mais pas de carbone 14 – les organismes qui ont donné naissance au charbon, au gaz naturel et au pétrole sont morts depuis si longtemps que le carbone 14 qu'ils contenaient s'est désintégré depuis longtemps. Cela signifie que les émissions de combustibles fossiles diluent le carbone 14 présent dans l'atmosphère terrestre , ce qui a un effet direct sur la quantité de radiocarbone retrouvée dans les organismes vivants.

Heather Graven, professeur de physique climatique à l'Imperial College de Londres, affirme que dans le pire des cas, celui d'émissions extrêmement élevées au cours du siècle prochain, la précision de la datation au radiocarbone pourrait s'effondrer.

« Un objet fraîchement produit aura la même composition [au radiocarbone] qu'un objet vieux de peut-être 2 000 ans », explique-t-elle. La datation au radiocarbone ne permettrait pas de les distinguer.

Rachel Wood soutient que ces problèmes ne se poseront pas de sitôt, mais Paula Reimer, professeur émérite à l'Université Queen's de Belfast, pense que les émissions de combustibles fossiles « freinent » la datation au radiocarbone et menacent en fin de compte sa précision.

Elle a passé de nombreuses années à travailler pour améliorer la précision de la datation au radiocarbone, en effectuant des mesures minutieuses du radiocarbone trouvé dans les cernes des arbres, par exemple, pour révéler les variations des niveaux atmosphériques de carbone 14 au fil des millénaires.

Des courbes extrêmement précises des niveaux de radiocarbone datant d'environ 14 000 ans sont désormais disponibles. Mais les émissions de combustibles fossiles pourraient bien mettre un terme à cette ère d'une précision incroyable.

Ce contenu a été créé en coproduction entre Nobel Prize Outreach et la BBC.