Compte-rendu physique : Carbone-14 et scintigraphie thyroïdienne

Exercices d’application – Enseignement scientifique (physique-chimie)

Activité 1 : Datation au carbone-14

But de l’activité : Estimer l’âge des peintures de la grotte de Lascaux.

Présentation des documents :

• Le document 1 est une explication du fonctionnement du carbone-14 dans l’environnement. Après analyse du document nous comprenons que le carbone-14 est généré en continu dans l'atmosphère par le rayonnement cosmique. Des neutrons sont éjectés de noyaux de la haute atmosphère lors de collisions avec des rayons cosmiques. Capturés par des noyaux d'azote, les neutrons transforment ces noyaux en carbone-14. Les atomes de carbone-14 s'unissent avec l'oxygène de l'air pour former du dioxyde de carbone : Cela aboutit à la réaction chimique suivante : [pic 1]

Finalement le CO2 à base de carbone-14, absorbé par la végétation, s'insère dans l'environnement (présent dans le schéma chez le bœuf, l’arbre, l’herbe : bref tout élément vivant). De plus, l’espèce chimique Carbone-12 qui est un autre isotope du carbone est bien plus abondant que le carbone-14, en effet dans la matière vivante le rapport entre ces deux derniers est constant, il y a en moyenne 1 noyau de carbone-14 pour 1012 noyaux de carbone-12.

• Le document 2 nous renseigne sur l’état du carbone-14 après la mort d’une espèce vivante. Pour cela, nous avons un graphique indiquant le nombre de noyaux de carbone-14 dans un échantillon de matière morte en fonction du temps. La courbe est en décroissance, donc à la mort d'un organisme vivant, l'isotope radioactif n'est plus absorbé et sa proportion, décroît avec le temps. Plus un élément mort composé de matière vivante contient de carbone-14 plus sa mort est récente et à l’inverse moins il en contient plus sa mort remonte.

• Dans le document 3, nous apprenons que la datation au carbone 14 permet de déterminer la date de la mort d’une matière autrefois vivante, de plus pour estimer l’âge de la grotte de Lascaux, nous devrons nous appuyer sur les objets qui y ont été découvert. L’image b montre un bois de renne trouvé dans la grotte de Lascaux, il contient 21 noyaux de carbone-14 pour 2*1014 noyaux de carbone-12. Enfin l’image c présente le physicien et chimiste à l’origine de la datation au carbone-14, lui valant le prix Nobel de chimie en 1960.

Conclusion

Après avoir étudier les documents, nous pouvons in fine établir une datation des peintures de la grotte de Lascaux. Pour cela nous nous appuierons sur le bois de renne trouvé dans la grotte de Lascaux car c’est un élément chimique constitué de matière vivante et nous avons vu dans le document 1 qu’il y a toujours un apport de carbone-14 dans la matière vivante. En déterminant l’âge du bois de renne nous aurons un âge approximative de Lascaux bien que ce dernier soit toujours en discussion aujourd’hui, alors comment faire ? Le document 3 nous indique que la quantité de carbone-14 subsistant dans un échantillon ayant appartenu à cet organisme est utilisé pour dater cet organisme depuis sa mort puis avec l’aide du document 2 nous utiliserons l’apport de carbone-14 encore présent dans le bois de renne et verrons grâce au graphique à partir de quel moment le renne est mort. Ici, le bois de renne mort contient 21 noyaux de carbone-14.

[pic 2]

En confrontant la donnée avec le graphique, nous trouvons un résultat approximatif (en raison de l’imprécision du graphique) de 13*103 ans. Nous pouvons en déduire que le bois de renne (ou plutôt le renne) est mort il y a environ 13 000 ans et qu’en somme les peintures de Lascaux ont à peu près cet âge là.

Exercice 2 : Réactions nucléaires.  

1) Rappel du principe de fission et fusion nucléaire :

_La fission d’un atome c’est lorsqu’on envoie, par exemple, un neutron sur un noyau d’atome lourd et que ce noyau d’atomes se scinde en d’autres noyaux d’atomes plus légers. Par exemple c’est le cas pour la troisième réaction, le fer 56 est scindé en 13 hélium 4 et en 4 électrons.  

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