Comment les archéologues déterminent l'âge des fossiles et des artefacts

Lorsque les archéologues disent qu'un artefact a '3.000 ans' ou qu'une couche contenant des fossiles a '1,8 million d'années', ce chiffre provient d'une ou plusieurs techniques de datation scientifique, non d'une seule méthode universelle. Les méthodes de datation se divisent en deux catégories : la datation relative, qui établit si un objet ou une couche est plus ancien ou plus jeune qu'un autre, et la datation absolue (ou chronométrique), qui estime une plage d'âge réelle en utilisant des processus physiques ou chimiques mesurables, selon le Service national des parcs des États-Unis.

Datation relative : établir l'ordre, pas les années exactes

La méthode relative la plus ancienne et la plus simple est la stratigraphie, basée sur la Loi de superposition : dans un site non perturbé, les couches de sol plus profondes sont plus anciennes que les couches au-dessus, explique le Service national des parcs. Les fouilleurs enlèvent le sol dans l'ordre inverse de son dépôt, de sorte que la séquence des couches fournit une chronologie relative même avant qu'aucun test scientifique soit effectué.

Les archéologues utilisent également la sériation, qui classe la céramique, les outils ou autres styles d'artefacts dans une séquence basée sur la façon dont leurs caractéristiques de conception ont changé au fil du temps, et l'idée connexe de terminus post quem, qui utilise l'objet datable le plus récent dans une couche pour établir la date la plus ancienne possible pour tout ce qui s'y trouve. La datation croisée compare les découvertes entre les sites pour relier leurs chronologies relatives, selon le Service national des parcs.

Datation au radiocarbone : la méthode absolue la plus largement utilisée

La datation au radiocarbone (carbone-14) fonctionne parce que les organismes vivants échangent continuellement du carbone avec l'atmosphère, maintenant un rapport constant entre le carbone-14 radioactif et le carbone-12 stable, selon le Laboratoire de recherche en archéologie et histoire de l'art de l'Université d'Oxford, qui opère un service de datation au radiocarbone. Une fois qu'un organisme meurt, il cesse d'absorber du carbone, et son carbone-14 se désintègre à un taux connu, permettant aux scientifiques de calculer le temps écoulé à partir du rapport restant.

La méthode s'applique uniquement aux matériaux qui faisaient autrefois partie d'un organisme vivant — os, bois, charbon, coquille, cheveu ou restes similaires — pas à la pierre ou au métal sauf s'il y a un résidu organique attaché, notent à la fois le laboratoire d'Oxford et le Service national des parcs. La demi-vie du carbone-14 est citée comme étant approximativement 5.730 ans par National Geographic et environ 5.700 ans par le Service national des parcs.

Concernant la plage utilisable, les sources donnent des limites légèrement différentes : le laboratoire d'Oxford affirme que la méthode s'étend de quelques centaines d'années à environ 50.000 ans, tandis que National Geographic rapporte que les échantillons plus anciens que environ 40.000 ans deviennent très difficiles à dater et ceux au-delà de 60.000 ans ne peuvent pas être datés du tout. Les résultats bruts ont également besoin d'étalonnage car les niveaux de carbone-14 atmosphérique ont varié au fil du temps, et les résultats peuvent être faussés par la contamination du sol ou par l'« effet réservoir » observé dans les échantillons marins, selon le laboratoire d'Oxford.

Datation des roches, du bois et de l'argile cuite : autres méthodes absolues

Pour les roches volcaniques associées à des couches archéologiques ou de fossiles, les scientifiques utilisent la datation potassium-argon ou sa version affinée, la datation argon-argon (40Ar/39Ar), qui suit la désintégration du potassium-40 en argon-40, selon l'Enquête géologique des États-Unis. La variante 40Ar/39Ar irradie un échantillon pour convertir une partie du potassium en argon-39, permettant aux chercheurs de mesurer deux isotopes d'argon à partir d'un seul échantillon plutôt que deux éléments distincts, ce qui améliore la précision. L'USGS note que cette approche fonctionne mieux sur les cristaux riches en potassium comme la sanidine et a été appliquée aux éruptions d'il y a environ 70.000 ans aux événements des 12.000 dernières années.

Les artefacts et structures en bois peuvent être datés par la dendrochronologie, ou datation par cernes. Le Laboratoire de recherche sur les cernes de l'Université de l'Arizona explique que simplement compter les cernes n'est pas fiable car les arbres peuvent produire des cernes absents localement ou de fausses bandes qui ressemblent à de véritables cernes de croissance. Au lieu de cela, les spécialistes utilisent la datation croisée — en faisant correspondre le motif des cernes larges et étroits, qui reflète les conditions de croissance annuelles, sur plusieurs échantillons de bois de la même région — souvent par une technique appelée skeleton plotting, pour assigner à chaque cerne une année de calendrier exacte.

Parmi les autres techniques absolues énumérées par le Service national des parcs, on trouve la thermoluminescence, qui mesure les électrons piégés dans l'argile cuite ou la pierre chauffée par le rayonnement de fond et libérés sous forme de lumière lorsque le matériau est réchauffé en laboratoire ; l'hydratation de l'obsidienne, qui mesure l'épaisseur d'une couche d'absorption d'eau sur une surface d'obsidienne fraîchement cassée ; et la datation céramique moyenne, qui calcule une date de site moyenne à partir des intervalles de production connus de différents types de poterie trouvés sur le site.

Pourquoi les archéologues combinent plusieurs méthodes

Aucune technique unique ne couvre tous les matériaux ou toutes les périodes, c'est pourquoi les équipes de fouilles associent généralement des méthodes relatives comme la stratigraphie avec une ou plusieurs méthodes absolues adaptées aux matériaux réellement présents — résidus organiques pour le radiocarbone, dépôts volcaniques pour le potassium-argon, bois pour la dendrochronologie, ou argile cuite pour la thermoluminescence. La vérification croisée des résultats de différentes méthodes et par rapport aux registres historiques, lorsqu'ils existent, aide les archéologues à identifier les erreurs et à affiner l'estimation finale de l'âge rapportée pour un site ou un objet.