La méthode de datation par le radiocarbone repose sur certaines hypothèses concernant la concentration de carbone 14. La première postule que son niveau global dans l’atmosphère n’a pas changé à travers le temps, et la deuxième, corollaire de la première, postule que la biosphère contient la même concentration de radiocarbone que l’atmosphère.
Le radiocarbone est intégré au cycle du carbone dans l’atmosphère, où il se forme par l’interaction des neutrons produits par les rayons cosmiques avec les atomes d’azote, avant de se lier à l’oxygène pour donner du dioxyde de carbone, qui connaît le même destin que celui qui est composé de carbone 12 et carbone 13.
Des mélanges et des échanges contribuent à équilibrer la biosphère et l’atmosphère. Cette hypothèse fondamentale pour la datation par le radiocarbone a occulté dans un premier temps d’autres sources de carbone 14.
Aujourd’hui, les calibrations faites par les scientifiques servent non seulement à convertir les résultats en années radiocarbones en dates calendaires, mais aussi à corriger des effets majeurs influant la concentration globale de carbone 14, comme ceux introduits par les essais d’armes nucléaires.
Deux activités humaines sont reconnues pour avoir irrémédiablement changé le niveau global de radiocarbone : la combustion de carburants fossiles et les essais nucléaires.
La combustion de grandes quantités de combustibles fossiles comme le charbon a baissé la concentration de radiocarbone dans l’atmosphère, et est connue sous le nom d’effet Suess. En revanche, les essais d’armes nucléaires dans les années 1950 et 1960 ont grandement augmenté le niveau de carbone 14, et ont contribué à ce qui est connu comme un effet bombe.
L’effet bombe fait référence à la quantité de radiocarbone introduit « artificiellement » dans l’atmosphère à cause des explosions nucléaires.
Les essais d’armes nucléaires introduisent des réactions de production de carbone 14 dans l’atmosphère. Le flux de neutrons thermiques produit lors de l’explosion réagi avec l’azote et contribue à la formation de carbone bombe ou carbone artificiel en grande quantité.
La littérature scientifique mentionne des résultats de mesures de carbone 14 atmosphérique en 1965 qui montrent quasiment un doublement des quantités suite aux essais des années 1950 et 1960. Celui-ci était supérieur de 100% aux niveaux normaux entre 1963 et 1965, avec des pics atteints en 1963 dans l’hémisphère nord, et en 1965 dans l’hémisphère sud.
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Les changements induits par l’activité humaine nécessitent d’utiliser des normes de référence lors de la datation, à l’aide des matériaux organiques non-contaminés par les produits de combustions ou les essais nucléaires.
L’acide oxalique stocké par le « US National Bureau of Standards » a été adopté comme standard pour la datation. Son contenu en radiocarbone est théoriquement le même que des échantillons de bois de l’année 1950, point d’origine de l’échelle de temps utilisée pour l’expression des résultats de datation.
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Le bannissement des essais nucléaires n’en annule pas les effets pour autant. Selon la littérature, les excès de carbone 14 dus aux essais nucléaires ont diminué grâce au cycle global d’échange de carbone. En 1990, le niveau est seulement supérieur de 20% aux niveaux théoriques de 1950 donnés par la référence standard d’acide oxalique.
Le carbone 14 injecté artificiellement a permis aux scientifiques de tester les théories concernant les taux de mélange du carbone dans les différents réservoirs. Ils ont mis en évidence le fait que les cernes d’arbres n’échangent pas de radiocarbone entre eux, ce qui plaide en faveur de l’usage de la dendrochronologie dans les méthodes de datation, notamment pour la construction des courbes d’étalonnage.
Plusieurs autres études de suivi ont été menées sur le carbone artificiel et sur le radiocarbone en général.
Le programme international Geochemical Ocean Sections Study a analysé des échantillons d’eau des océans Atlantique, Pacifique, Indien, et en Méditerranée pour cartographier la présence de carbone nucléaire résiduel, ce qui a permis de mieux comprendre le circuit du radiocarbone et ses échanges et temps de séjour dans la nature.
La World Ocean Circulation Experiment, expérience de mesure de circulation des eaux océaniques, menée de 1990 à 2002, a permis d’obtenir des données sur le radiocarbone dissous d’origine inorganique.
Reidar Nydal et Knut Lovseth ont mesuré la composante de dioxyde de carbone atmosphérique à base de radiocarbone, dans les hémisphères nord et sud entre 1962 et 1993.
