Datation par le plomb 210

Chaîne de désintégration de l'uranium 238 faisant intervenir le radon 222 et le plomb 210.

Le plomb 210 est issu de la chaîne de désintégration de l'uranium 238 présent dans la croute terrestre[1]. Au cours de celle-ci, se forme du radon 222 qui se trouve à l'état gazeux et peut donc s'échapper dans l'atmosphère[1]. Ayant une demi vie de 3,825 jours, le radon 222 se désintègre pour produire des isotopes dont la demi-vie est inférieure à la demi-heure puis des isotopes de durées de vie plus longues : le plomb 210, puis le bismuth 210 (demi-vie d'environ 5 jours) et le polonium 210 (demi-vie d'environ 4 mois) qui donne finalement du plomb 206 stable[1].

Le radon étant un gaz noble il ne prend part à aucune réaction chimique et donc tout le radon produit est rejeté dans l'atmosphère[1]. Il est émis principalement depuis la surface des continents et de manière négligeable par le radium 226 dissous dans l'eau de mer et par l'activité volcanique[1]. Son flux d'entrée dans l'atmosphère est donc régulier, et on peut supposer que sa teneur dans l'atmosphère est dans un état stationnaire, la désintégration du radon atmosphérique étant compensé par un flux d'entrée en provenance de la surface des continents de 0,72 atomes par seconde et par centimètre carré[1].

La durée de vie moyenne d'un atome de radon 222 étant d'environ 5,5 jours, sa désintégration se produit alors qu'il a déjà atteint l'atmosphère[1]. Ses produits de désintégration étant tous des métaux, ils se fixent alors sur des aérosols[1]. De plus comme la demi-vie des produits de désintégration situés entre le radon 222 et le plomb 210 est très petite devant la durée du séjour d'un aérosol dans l'atmosphère (plusieurs jours) : il s'ensuit que le plomb 210 produit l'est presque exclusivement dans l'atmosphère où il se lie lui aussi à des aérosols, de diamètre inférieur à 1 µm, qui ne retombent que marginalement au sol sans l'action des précipitations du fait de leur faible taille[1].

Le plomb 210 produit dans la troposphère y séjourne environ une semaine avant de retomber au sol sous l'effet de la pluie et de la neige, celui produit dans la stratosphère (environ 2 % du total[1]) y séjourne environ un an avant de passer dans la troposphère[1].

Après être envoyé au sol par les précipitations, le plomb 210 est accumulé dans les océans et dans le sol.

Le plomb 210 présent dans une couche de neige a une origine exclusivement atmosphérique[1]. Par conséquent dans le cas où la neige s'accumule sur plusieurs années, notamment en Antarctique, on peut déterminer l'âge ${\displaystyle t}$ d'une couche de neige à une profondeur donnée en comparant l'activité du plomb 210 à cette profondeur par rapport à celle en surface grâce à la formule ${\displaystyle t=-{\frac {1}{\lambda _{Pb}}}\log \left({\frac {A_{p}}{A_{0}}}\right)}$ où ${\displaystyle A_{p}}$ est l'activité du plomb 210 mesurée dans l'échantillon de profondeur ${\displaystyle p}$, et ${\displaystyle \lambda _{Pb}}$ est la constante radioactive du plomb 210[1].

Contrairement à la méthode de la datation par le tritium la méthode de datation par le plomb 210 ne peut pas exploiter l'existence de pics de concentration périodiques ou de pics plus importants connus lors de certaines années, ce qui la rend davantage sujette au incertitudes[1]. De plus la teneur en plomb 210 à la surface n'est pas toujours la même[1]. Si la teneur surfacique en plomb 210 a pu être confirmée lors d'un prélèvement à la station D 100 en Terre-Adélie, elle a été infirmée sur un prélèvement réalisé au Pôle Sud[1]. Il n'est donc en général pas possible de dater un prélèvement de neige en se contentant d'une comparaison avec l'activité du plomb 210 en surface : pour obtenir des résultats exploitables il faut au moins prélever une couche dont l'épaisseur correspond à environ une trentaine d'années d'accumulation, afin que les variations de concentration en plomb 210 soient lissées[1].

Lorsque les sédiments des fonds océaniques ne sont pas mélangés par les organismes vivant à ces profondeurs, par exemple dans le cas de régions peu oxygénées, il est possible de mesurer la vitesse de sédimentation par la décroissance radioactive du plomb 210 apporté par l'eau de surface. De telles mesures ont permis d'estimer la vitesse de sédimentation dans le bassin de Santa Barbara de 0,4 cm/an[4].

Le plomb 210 quitte l'atmosphère sous l'action des précipitations, une partie est alors déposée sur les plantes et en particulier sur les grappes de raisin[2]. Sur un vin rouge jeune, l'activité ${\displaystyle A_{0}}$ du plomb 210 mesurée pour des vins d'Aquitaine est d'environ 0,1 Bq par litre[2]. La teneur du raisin en plomb 210 étant peu dépendante de l'année[2], il est alors possible d'obtenir l'âge du vin en considérant que le plomb 210 n'en disparait que par décroissance radioactive. L'âge ${\displaystyle t}$ du vin est alors obtenue grâce à la formule ${\displaystyle t=-{\frac {1}{\lambda _{Pb}}}\log \left({\frac {A_{t}}{A_{0}}}\right)}$ où ${\displaystyle A_{t}}$ est l'activité du plomb 210 mesurée dans l'échantillon à dater, et ${\displaystyle \lambda _{Pb}}$ est la constante radioactive du plomb 210[2]. Cette méthode est peu adaptée pour des vins jeunes à cause de l'incertitude sur ${\displaystyle A_{0}}$, elle est en revanche plus précise pour des vieux millésimes ce qui permet des mesures complémentaires de celles réalisées grâce au césium 137[2]. En revanche contrairement à ces dernières, les mesures utilisant le plomb 210 nécessitent l'ouverture préalable de la bouteille[2].

La recherche de plomb 210 permet de distinguer un objet contenant du plomb ancien d'un objet fabriqué avec du plomb récent[3]. La teneur en plomb 210 diminue par décroissance radioactive au fil du temps. Après quelques siècles, l'isotope radioactif devient indétectable ; mais la quantité initiale n'étant pas connue, il n'est pas possible de donner d'âge précis par cette méthode[3]. Le plomb 210 a aussi été utilisé pour expertiser des peintures utilisant du blanc de plomb[4].