Par Basil Phillips – Mis à jour le 24 mars 2022
Le noyau de chaque atome contient des protons, des neutrons et des électrons. Alors que le nombre de protons et d’électrons est constant pour un élément donné, le nombre de neutrons peut varier, donnant naissance à différents isotopes. Le carbone, comme beaucoup d'autres éléments, possède un isotope qui est extrêmement plus courant que les autres.
Le carbone 12 est l’isotope du carbone le plus abondant, représentant près de 99 % du carbone naturel sur Terre. Son noyau comprend six protons et six neutrons, ce qui donne une masse totale d'exactement 12 000 unités de masse atomique (amu). En raison de cette masse exacte, le carbone 12 sert d'étalon de référence international pour toutes les autres masses atomiques.
Outre le carbone 12, deux autres isotopes stables sont présents naturellement. Le carbone‑13, qui contient sept neutrons, représente environ 1 % du carbone terrestre. Le carbone 14, composé de huit neutrons, est radioactif et est présent à hauteur d'environ deux billions de carbone naturel. Les scientifiques ont également synthétisé des isotopes à vie courte allant du carbone 8 au carbone 22, mais ces formes instables ont des applications pratiques limitées.
Étant donné que les organismes vivants incorporent préférentiellement du carbone‑12, le rapport carbone‑13/carbone‑12 dans les matériaux biologiques est légèrement inférieur au rapport environnemental. En mesurant ce rapport dans les carottes de glace, les cernes des arbres et les sédiments marins, les scientifiques peuvent déduire les concentrations passées de dioxyde de carbone atmosphérique et les taux d'absorption océanique, fournissant ainsi des informations essentielles sur le changement climatique historique.
Le carbone 14 est unique parmi les isotopes du carbone car il est radioactif. Il se désintègre avec une demi-vie de 5 730 ans, libérant un rayonnement bêta. Tous les organismes vivants absorbent le carbone‑14 par la photosynthèse et la respiration; lorsqu’un organisme meurt, le carbone 14 restant se désintègre à un rythme prévisible. En mesurant le carbone 14 résiduel dans des échantillons anciens, les chercheurs peuvent déterminer l'âge des matériaux archéologiques et géologiques avec une précision remarquable, une méthode connue sous le nom de datation au radiocarbone.