QCM : Datation au carbone 14 et éléments (15 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Comment le carbone 14 présent dans un organisme vivant est-il renouvelé au cours de sa vie ?

Il est capté directement dans les roches, puis transmis aux organismes par l’eau du sol.
Il est produit par la désintégration d’autres éléments dans les tissus, puis diffusé vers les plantes.
Il est formé dans les animaux par respiration, puis redistribué aux plantes par les chaînes alimentaires.
Il est incorporé par les plantes lors de la photosynthèse, puis transféré dans les chaînes alimentaires.

Il est incorporé par les plantes lors de la photosynthèse, puis transféré dans les chaînes alimentaires.

Explication

Le carbone 14 entre dans la matière vivante par la photosynthèse et passe ensuite d’un organisme à l’autre par l’alimentation. La respiration ne forme pas le carbone 14 : elle correspond à des échanges de matière avec l’environnement.

2. Pourquoi la datation au carbone 14 ne permet-elle plus de dater un échantillon âgé de plus de 50 000 ans ?

La quantité de carbone 14 restante devient trop faible pour être mesurée.
Les échanges de carbone avec l’environnement reprennent après cette durée.
La matière de l’échantillon perd toute trace des éléments qui la composent.
La désintégration radioactive s’arrête lorsque l’échantillon atteint cet âge.

La quantité de carbone 14 restante devient trop faible pour être mesurée.

Explication

Au-delà de 50 000 ans, il reste trop peu de carbone 14 pour que sa quantité puisse être mesurée. La désintégration ne s’arrête pas à cet âge : elle réduit progressivement la quantité restante.

3. Comment concilier l’imprévisibilité de la désintégration d’un noyau avec la prévisibilité du comportement d’un grand nombre de noyaux ?

Le moment de désintégration d’un noyau dépend de l’observation, mais le rythme global reste variable.
Le moment de désintégration d’un noyau est aléatoire, et le rythme global d’un grand ensemble l’est aussi.
Le moment de désintégration d’un noyau est aléatoire, mais le rythme global d’un grand ensemble est bien connu.
Le moment de désintégration d’un noyau est fixe, mais le rythme global d’un grand ensemble est aléatoire.

Le moment de désintégration d’un noyau est aléatoire, mais le rythme global d’un grand ensemble est bien connu.

Explication

La désintégration individuelle est spontanée et aléatoire, tandis que le rythme de désintégration d’un grand nombre de noyaux est bien connu. L’imprévisibilité d’un noyau ne signifie donc pas que le comportement collectif soit imprévisible.

4. Quelle conclusion Cecilia Payne a-t-elle établie en 1924 au sujet de la composition des étoiles ?

L’hydrogène et l’hélium y sont beaucoup plus abondants que dans la Terre, qui contient davantage d’éléments lourds.
Les éléments lourds y sont beaucoup plus abondants que l’hydrogène et l’hélium, malgré une composition en éléments légers semblable à celle de la Terre.
L’hydrogène et l’hélium y sont beaucoup plus abondants que les éléments lourds, malgré une composition en éléments lourds semblable à celle de la Terre.
Les étoiles et la Terre ont des proportions semblables d’hydrogène, d’hélium et d’éléments lourds.

L’hydrogène et l’hélium y sont beaucoup plus abondants que les éléments lourds, malgré une composition en éléments lourds semblable à celle de la Terre.

Explication

Cecilia Payne a montré que l’hydrogène et l’hélium sont beaucoup plus abondants dans les étoiles que les éléments lourds, même si les éléments lourds ont une composition semblable à celle de la Terre. L’idée que les étoiles contiennent davantage d’éléments lourds inverse le résultat.

5. Lorsqu’un neutron frappe un noyau lourd et que celui-ci se divise en deux noyaux plus légers, de quelle réaction s’agit-il ?

De la combustion chimique
De la fission nucléaire
De la formation d’un atome neutre
De la fusion nucléaire

De la fission nucléaire

Explication

La fission est la division d’un noyau lourd en deux noyaux plus légers sous l’impact d’un neutron. La fusion, à l’inverse, unit des noyaux légers pour en former un plus lourd.

6. Pourquoi les étoiles sont-elles un lieu important de formation des éléments chimiques ?

La fusion nucléaire s’y déroule en permanence et permet de former des éléments.
Les supernovas s’y produisent en permanence et forment tous les éléments chimiques.
Les atomes s’y combinent sans réaction nucléaire pour créer de nouveaux éléments.
La fission nucléaire y scinde en permanence des noyaux lourds et produit des éléments.

La fusion nucléaire s’y déroule en permanence et permet de former des éléments.

Explication

La fusion a lieu en permanence au sein des étoiles et contribue à la formation des éléments chimiques. La fission de noyaux lourds n’est pas le processus stellaire indiqué pour cette formation.

7. Comment certaines étoiles massives contribuent-elles à la présence des éléments les plus lourds dans l’Univers à la fin de leur vie ?

Elles explosent en supernovas, ce qui favorise la formation et la dispersion de ces éléments.
Elles se refroidissent progressivement, ce qui convertit leurs éléments lourds en noyaux légers.
Elles s’effondrent en étoiles compactes, ce qui emprisonne les éléments lourds en leur centre.
Elles fusionnent avec des galaxies voisines, ce qui rassemble les éléments lourds dans un seul lieu.

Elles explosent en supernovas, ce qui favorise la formation et la dispersion de ces éléments.

Explication

À la fin de leur vie, certaines étoiles massives explosent en supernovas, favorisant l’apparition des éléments les plus lourds et leur dispersion. Un simple refroidissement ne correspond pas au mécanisme décrit pour produire et répandre ces éléments.

8. Quel échantillon correspond à la portée indiquée pour la datation au carbone 14 ?

Un échantillon âgé de 20 000 ans, dont 0,1 mg de matière est disponible.
Un échantillon âgé de 70 000 ans, dont 1 mg de matière est disponible.
Un échantillon âgé de 200 ans, dont 1 mg de matière est disponible.
Un échantillon âgé de 20 000 ans, dont 1 mg de matière est disponible.

Un échantillon âgé de 20 000 ans, dont 1 mg de matière est disponible.

Explication

La méthode permet de dater des échantillons âgés de 300 à 50 000 ans à partir de seulement 1 mg de matière. Un échantillon de 70 000 ans dépasse la limite d’âge indiquée.

9. Quels noyaux se sont formés parmi les premiers dans l’Univers, lors des réactions suivant sa naissance ?

Ceux de l’hydrogène, de l’hélium et du lithium
Ceux du silicium, du soufre et du calcium
Ceux du fer, du nickel et du cobalt
Ceux du carbone, de l’azote et de l’oxygène

Ceux de l’hydrogène, de l’hélium et du lithium

Explication

Les premières réactions de fusion ont produit des noyaux d’éléments légers, notamment l’hydrogène, l’hélium et le lithium. Le carbone et l’azote se forment plutôt dans les étoiles, et ne font pas partie de ces premiers noyaux.

10. Quelle transformation définit la fusion nucléaire ?

Un noyau absorbe un électron et devient un atome neutre.
Deux atomes s’assemblent sans modifier leurs noyaux.
Deux noyaux légers s’unissent pour former un noyau plus lourd.
Un noyau lourd se scinde en deux noyaux plus légers sous l’impact d’un neutron.

Deux noyaux légers s’unissent pour former un noyau plus lourd.

Explication

La fusion nucléaire réunit deux noyaux légers pour former un noyau plus lourd. La scission d’un noyau lourd sous l’impact d’un neutron correspond à la fission, et non à la fusion.

11. Que signifie la demi-vie d’un noyau radioactif dans un échantillon macroscopique ?

La durée pendant laquelle chaque noyau radioactif conserve la moitié de sa masse initiale.
La durée nécessaire pour que l’activité de l’échantillon augmente de moitié.
La durée nécessaire pour que tous les noyaux radioactifs initialement présents se désintègrent.
La durée nécessaire pour que la moitié des noyaux radioactifs initialement présents se désintègre.

La durée nécessaire pour que la moitié des noyaux radioactifs initialement présents se désintègre.

Explication

La demi-vie est la durée au terme de laquelle la moitié des noyaux radioactifs initialement présents dans un échantillon macroscopique s’est désintégrée. Elle ne correspond pas à la durée de disparition de tous les noyaux.

12. Dans les données considérées, le nombre de noyaux de carbone 14 passe de 5×1055 \times 10^5 à 2,5×1052{,}5 \times 10^5 en 5×1035 \times 10^3 ans ; quelle demi-vie graphique cela indique-t-il ?

2 500 ans
5 000 ans
50 000 ans
10 000 ans

5 000 ans

Explication

Le nombre de noyaux est divisé par deux en 5 000 ans, ce qui correspond à une demi-vie graphique de 5 000 ans. La valeur de 2 500 ans serait la moitié de la durée observée, et non la durée nécessaire à cette division par deux.

13. Que devient la quantité de carbone 14 d’un organisme après sa mort ?

Elle augmente par absorption de carbone 14 provenant des organismes qui le décomposent.
Elle diminue parce que les échanges avec l’environnement accélèrent la désintégration radioactive.
Elle reste stable, car la désintégration radioactive cesse lorsque l’organisme meurt.
Elle diminue par désintégration radioactive, car les échanges avec l’environnement ne la renouvellent plus.

Elle diminue par désintégration radioactive, car les échanges avec l’environnement ne la renouvellent plus.

Explication

Après la mort, le carbone 14 n’est plus renouvelé par les échanges avec l’environnement, tandis que la désintégration radioactive se poursuit. La désintégration ne s’arrête donc pas avec la mort de l’organisme.

14. Deux étoiles et planètes peuvent contenir les mêmes éléments chimiques, mais présenter des proportions différentes de ceux-ci. Quelle idée cela illustre-t-il ?

Les astres ont les mêmes éléments dans des proportions identiques.
Les éléments lourds se trouvent dans les planètes, mais pas dans les étoiles.
Les astres partagent les mêmes éléments, mais leurs abondances varient.
Les astres contiennent des éléments chimiques entièrement différents.

Les astres partagent les mêmes éléments, mais leurs abondances varient.

Explication

Les planètes, les étoiles et les galaxies sont constituées des mêmes éléments chimiques, mais leurs abondances varient. Avoir les mêmes éléments ne signifie donc pas en avoir les mêmes proportions.

15. Quel rôle les étoiles jouent-elles dans la formation des éléments chimiques ?

Elles transforment principalement les éléments lourds en hydrogène et en hélium par des réactions nucléaires.
Elles rassemblent les éléments déjà formés sans produire de nouveaux noyaux.
Elles produisent des éléments plus lourds, comme le carbone et l’azote, par des réactions nucléaires.
Elles produisent les éléments légers, mais les éléments plus lourds se forment hors des étoiles.

Elles produisent des éléments plus lourds, comme le carbone et l’azote, par des réactions nucléaires.

Explication

Les étoiles, composées à 99 % d’hydrogène et d’hélium, produisent des éléments plus lourds comme le carbone et l’azote au cours de réactions nucléaires. L’idée qu’elles ne font que rassembler des éléments déjà formés néglige cette production stellaire.

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Comment les êtres vivants absorbent-ils du carbone 14 au cours de leur vie ?

Ils l’absorbent par les chaînes alimentaires, après son incorporation par les plantes lors de la photosynthèse.

Que devient le carbone 14 d’un organisme après sa mort ?

Sa quantité diminue par désintégration radioactive, sans être renouvelée par des échanges avec l’environnement.

Quelle est la plage d’âge actuellement mesurable par datation au carbone 14 ?

De 300 à 50 000 ans.

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