L’épopée du radium
1ère partie : Qu’est-ce que la radioactivité ?
Visionnez l’extrait vidéo (jusqu’à 5min 37s)
https://www.dailymotion.com/video/xbl2wq
- Pourquoi un atome est-il radioactif ?
- Qu’est-ce que la radioactivité ?
- Quelle est l’unité de mesure de la radioactivité ?
- Que signifie-t-elle ?
- Quel est l’ordre de grandeur de la radioactivité humaine ?
2e partie : Comment la radioactivité a-t-elle été découverte ?
Document 1 : La découverte de la radioactivité
Vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=_fLkGYesQr8&ab_channel=fran%C3%A7oisCailleau
Document 2 : Loi de décroissance radioactive
Un noyau radioactif se désintègre spontanément.
Le noyau radioactif (=le noyau père) se transforme en un autre noyau (=le noyau fils) en émettant des particules et un rayonnement électromagnétique.
La désintégration radioactive est un phénomène aléatoire, spontané, inéluctable, et indépendant des paramètres extérieurs. On ne peut ni le stopper, ni l’accélérer, seulement isoler les noyaux radioactifs jusqu’à ce qu’ils soient tous désintégrés…
Chaque élément radioactif est caractérisé par sa courbe de décroissance radioactive. Elle représente l’évolution du nombre de noyaux restant dans l’échantillon en fonction du temps.
La demi-vie d’un noyau radioactif, notée t1/2 ou T est la durée nécessaire pour que la moitié des noyaux présents initialement se soit désintégrée.
Elle ne dépend que de la nature du noyau. Ainsi la demi-vie du polonium 214 est de 164 microsecondes. Celle de l’uranium 238 est de 4,5 milliards d’années !
Document 3 : La datation au carbone 14.
Dans le cycle du carbone, l’élément carbone est présent sous forme :
- de deux isotopes stables : le carbone 12 (majoritaire), le carbone 13 (minoritaire)
- d’un isotope instable : le carbone 14 (très minoritaire)
La demi-vie du carbone 14 est de l’ordre de 5730 ans.
Il est continuellement produit dans la haute atmosphère grâce à des réactions nucléaires entre les noyaux des atomes d’azote 14 de l’air et des neutrons d’origine cosmique. Ces réactions maintiennent une teneur constante en carbone 14 dans l’atmosphère.
On en admettra qu’il en a toujours été ainsi. C’est le principe de l’actualisme.
Le carbone 14 formé réagit rapidement avec le dioxygène de l’air pour former du dioxyde de carbone CO2. Tous les organismes vivants échangent du dioxyde de carbone avec l’atmosphère par la respiration et l’alimentation.
Ils fixent le carbone 14 dans leurs tissus jusqu’à leur mort, à une teneur égale à celle de l’atmosphère. Après la mort, l’absorption et le rejet de dioxyde de carbone s’arrêtent.
Par conséquent le carbone 14 qu’ils contiennent se désintègre.
La mesure de la quantité restante de cet isotope permet de dater la mort du système biologique.
Questions :
- Décrire les différentes étapes de la découverte de la radioactivité.
- Qu’appelle-t-on demi-vie d’un noyau ?
- Si N0 est le nombre de noyaux à l’instant t = 0, montrez qu’à t = 2t1/2, le nombre de noyaux restants est N0/4
- Combien reste-t-il de noyaux à t = 3t1/2 ?
- La courbe ci-dessous, représente celle du plutonium 241, déchet produit par une centrale nucléaire. À l’aide de cette courbe, déterminez la demi-vie du plutonium 241.
- Écrire le symbole de l’atome de carbone sous la forme AZX
- Rappeler la signification des grandeurs A et Z
- En déduire la composition du noyau de l’atome de carbone 14.
- Rappeler la définition d’un isotope.
3e partie : La radioactivité, quoi peut -elle servir ?
L’âge d’une momie
Une momie a été découverte en Égypte dans la vallée des Rois.
L’analyse d’un fragment de cette momie a montré qu’il contenait 3,2×1010 noyaux de carbone 14.
L’analyse d’un échantillon actuel de même masse montre qu’il contient 5,7×1010 noyaux de carbone 14.
En utilisant le graphique ci-dessous, déterminer l’âge de la momie.
À quelle dynastie de pharaons cela correspond-t-il ?
Notez que -2200 correspond à -2200 ans avant Jésus Christ.
L’âge de Lucy, un des premiers bipèdes connus
En 1974, une expédition internationale a découvert dans un ravin en Éthiopie le squelette d’un Australopithèque baptisé Lucy. Ce représentant appartient à notre famille car c’est un bipède.
La datation a été possible grâce à plusieurs méthodes comme l’échelle paléomagnétique et l’utilisation du couple 40K-40Ar. Explications.
Pour tous les géochronomètres, à l’exception du 14C, la quantité d’isotope radioactif père P0 présent initialement à la formation de la roche n’est pas connue.
La quantité d’isotope fils F présent actuellement s’écrit :
(F)t= F0+ (P)t x λ x t
Cette équation fondamentale permet de déterminer l’âge de cristallisation des minéraux d’une roche (= fermeture du système).
Dans le cas du couple 40K-40Ar, les géologues utilisent des minéraux riches en potassium (orthose, mica…).
La quantité F0 (=40Ar)0, sera considérée comme négligeable au regard du nombre élevé d’atomes d’40Ar formés par désintégration du 40K.
La mesure simple des concentrations actuelles de 40K et 40Ar permet alors de dater la formation de ces minéraux car l’équation s’écrit :
(40Ar)t= (40Ar)0 + 0,105 x (40K) x λ x t
λ= 5,54.10-10/an
Proposez une tranche d’âge pour Lucy.
| Atomes de 40K/mg | Atomes de 40Ar/mg | |
| Cendres volcaniques | 20.1013 | 3,27.1010 |
| Coulée de basalte | 19,9.1013 | 4,34.1010 |
Poursuivez votre étude en découvrant comment on connait l’âge de la Terre
Sources :
S.Lutz, professeure de PC.
https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/datation-rubidium-strontium.xml
http://cours-geosciences.univ-lille1.fr/cours/geochrono/geochrono.htm#RbSr
https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/comportement-rb-sr.xml
https://fr.wikipedia.org/wiki/Datation_par_le_rubidium-strontium
https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/sgf-2004-Labrousse.xml Conférence de Loïc Labrousse
https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/datation-k-ar.xml
https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/datation-sediments.xml
Planet-terre Loïc Labrousse https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/sgf-2004-Labrousse.xml
Université de Lemans Ressources :
d’après Principe d’utilisation de la Concordia ENS Planet terre :
https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/gneiss-icartien-Port-Beni.xml
Pour aller plus loin : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00474259/file/DUCASSOU_these.pdf
