Entrez les trois valeurs que vous connaissez parmi la quantité initiale N₀, la quantité restante N(t), la durée écoulée t et la demi-vie t½. La valeur laissée vide est calculée, ainsi que la constante radioactive λ et la durée de vie moyenne τ. La formule en dessous est reliée aux champs : vous pouvez aussi taper les nombres directement dedans.
Table des matières
-
Ce que vous pouvez faire sur cette page
-
À quoi sert ce calcul ?
-
Mode d'emploi
-
Formules et graphiques
-
Symboles et termes
-
Ce qu’il est utile de savoir avant de commencer
-
Calculer avec Excel
-
Calculer avec Google Sheets
-
Calculer avec Python
-
Écrire la formule en LaTeX et autres langages mathématiques (à copier-coller)
-
Faire faire le calcul par ChatGPT
-
Les atouts de DataChef
-
Fonctions connexes
-
Liste des calculatrices NumberChef
Ce que vous pouvez faire sur cette page
- Entrez trois valeurs parmi la quantité initiale \(N_0\), la quantité restante \(N(t)\), la durée écoulée \(t\) et la demi-vie \(t_{1/2}\) : celle que vous laissez vide est calculée
- La constante radioactive \(\lambda\) et la durée de vie moyenne \(\tau\) s’affichent en même temps
- Un graphique, avec un repère à chaque demi-vie, montre comment la quantité est divisée par deux encore et encore (décroissance exponentielle)
- Une explication simple des formules et des formules à copier-coller pour Excel, Google Sheets et Python sont réunies sur cette page
À quoi sert ce calcul ?
Les êtres vivants absorbent du carbone 14 radioactif. Après leur mort, cet apport s’arrête et le carbone 14 diminue avec une demi-vie d’environ 5730 ans. Si un morceau de bois trouvé sur un site ancien ne contient plus que 25 % du carbone 14 qu’il avait de son vivant, on estime son âge à \(5730 \times \ln 4 \div \ln 2 = 11\,460\) ans (2 demi-vies).
Bon nombre des dates « il y a des milliers d’années » des manuels, comme l’âge des peintures des grottes de Lascaux ou Chauvet, reposent sur ce calcul.
Le technétium 99m, utilisé à l’hôpital pour les scintigraphies, a une demi-vie d’environ 6 heures. Par exemple, 24 heures après l’examen, il n’en reste que \((1/2)^{24/6} = (1/2)^4 = 1/16\), soit 6,25 %.
En médecine, on choisit des noyaux à demi-vie courte parce qu’ils diminuent vite dans le corps comme ici (en réalité, le corps les élimine aussi, et la sûreté est évaluée selon les normes des autorités compétentes).
La vitesse à laquelle un médicament quitte le sang se décrit aussi par sa demi-vie. Par exemple, si la caféine a une demi-vie de 4 heures, la caféine d’environ deux tasses de café (200 mg) tombe à \(200 \times (1/2)^{3} = 25\) mg au bout de 12 heures.
La demi-vie varie beaucoup d’une personne à l’autre, et pour les médicaments il faut suivre l’avis du médecin ou du pharmacien. Mais les chiffres montrent pourquoi un café en fin de journée peut gêner le sommeil.
L’iode 131, souvent cité lors d’accidents nucléaires, a une demi-vie d’environ 8 jours. Au bout de 80 jours (10 demi-vies), il n’en reste que \((1/2)^{10} = 1/1024\), environ 0,1 %. Le césium 137, avec une demi-vie d’environ 30 ans, en garde encore \(1/8\) (12,5 %) au bout de 90 ans.
Une fois compris que « demi-vie courte = s’affaiblit vite, demi-vie longue = reste longtemps », vous pouvez vérifier vous-même les chiffres des informations.
Pour les déchets radioactifs issus notamment des centrales nucléaires, la durée pendant laquelle il faut les isoler et les surveiller se planifie à partir des demi-vies des noyaux qu’ils contiennent. Par exemple, cette formule montre que le césium 137, de demi-vie 30 ans, a besoin d’environ 10 demi-vies (environ 300 ans) pour tomber à près d’un millième.
Le même calcul que sur cette page sert de base à des plans de gestion qui s’étendent sur plusieurs générations.
Formules et graphiques
Symboles et termes
Symboles
| \(N_0\) | N zéro | La quantité initiale, présente au moment où l’on commence à compter le temps (\(t = 0\)). (Exemple : s’il y a 100 g au départ, \(N_0 = 100\)) |
| \(N(t)\) | N de t | La quantité restante au bout de la durée \(t\). On l’écrit ainsi car c’est une fonction de \(t\) (sa valeur dépend de \(t\)). |
| \(t\) | t | La durée écoulée, le temps mis pour passer de la quantité initiale à la quantité restante. Même unité que la demi-vie. |
| \(t_{1/2}\) | t un demi (demi-vie) | La demi-vie, le temps nécessaire pour que la quantité soit exactement divisée par deux. Chaque substance a sa propre valeur, la même quel que soit le moment où l’on commence à mesurer. |
| \(\lambda\) | lambda | La constante radioactive, la proportion qui se désintègre par très petite unité de temps. Elle vaut \(\lambda = \ln 2 \div t_{1/2}\). |
| \(\tau\) | tau | La durée de vie moyenne, le temps moyen avant qu’un noyau se désintègre. Elle vaut \(\tau = 1 \div \lambda = t_{1/2} \div \ln 2\). |
| \(\ln x\) | logarithme népérien de x (ln x) | Le logarithme népérien, de base \(e\) (environ 2,718). Il indique « \(e\) puissance combien donne \(x\) ». Sur une calculatrice scientifique, c’est la touche ln ; dans Excel, la fonction LN. |
Termes
| demi-vie (période radioactive) | Le temps nécessaire pour qu’une quantité soit exactement divisée par deux. Pour une substance radioactive, c’est le temps pour que le nombre de noyaux (l’activité) soit divisé par deux ; pour un médicament, le temps pour que sa concentration dans le sang soit divisée par deux. La quantité est divisée par deux à chaque durée égale : la moitié, le quart, le huitième, etc. |
| décroissance exponentielle | Une diminution dont la vitesse est proportionnelle à la quantité restante. Elle est rapide au début et ralentit à mesure qu’il en reste moins. Seules les quantités qui diminuent ainsi ont une demi-vie constante. |
| désintégration radioactive (décroissance radioactive) | Le phénomène par lequel un noyau instable émet un rayonnement et se transforme en un autre noyau. Le moment où chaque noyau se désintègre est aléatoire, mais un grand nombre de noyaux diminue régulièrement selon la demi-vie. |
| constante radioactive | Une constante qui indique quelle proportion des noyaux restants se désintègre par très petite unité de temps. Elle va de pair avec la demi-vie : si l’on connaît l’une, on peut calculer l’autre. |
| durée de vie moyenne | Le temps avant qu’un noyau se désintègre, en moyenne sur un grand nombre de noyaux. Elle vaut environ 1,44 fois la demi-vie. |
| logarithme népérien (ln) | Le logarithme de base \(e\) (environ 2,718, le nombre e). Il convient aux calculs sur les vitesses de croissance et de décroissance, et apparaît dans les formules de la demi-vie et de la constante radioactive. |
| exposant | Le nombre qui indique combien de fois on multiplie le même nombre, comme le 3 en haut à droite de \(2^3\). Dans la formule de la demi-vie, l’exposant est le nombre de divisions par deux \(t / t_{1/2}\). |
Ce qu’il est utile de savoir avant de commencer
Voici ce qui aide à utiliser le calcul de cette page en le comprenant vraiment, et pas seulement en appuyant sur le bouton.
| Fractions et divisions par deux successives (CM1-CM2, 9-11 ans) |
|
| Puissances et exposants (4e, 13-14 ans) |
|
| Exposants non entiers et fonction exponentielle (Première-Terminale, 16-18 ans) |
|
| Logarithme népérien (Terminale, 17-18 ans) |
|
Calculer avec Excel
| Quantité initiale N0 | 100 |
| Durée écoulée t | 10 |
| Demi-vie t1/2 | 5 |
| Quantité restante N(t) | =B1*PUISSANCE(1/2;B2/B3) |
| Quantité initiale N0 | 100 |
| Quantité restante N(t) | 25 |
| Durée écoulée t | 10 |
| Demi-vie t1/2 | =B3*LN(2)/LN(B1/B2) |
| Quantité initiale N0 | 100 |
| Quantité restante N(t) | 25 |
| Demi-vie t1/2 | 5 |
| Durée écoulée t | =B3*LN(B1/B2)/LN(2) |
| Demi-vie t1/2 | 5 |
| Constante radioactive λ | =LN(2)/B1 |
| Durée de vie moyenne τ | =B1/LN(2) |
« PUISSANCE(1/2;B2/B3) » est la fonction puissance qui multiplie 1/2 par lui-même (durée écoulée ÷ demi-vie) fois, et « LN » donne le logarithme népérien (ln).
Par exemple, B4 affiche 25 dans le premier tableau (100 g deviennent 25 g en 10 ans) et 5 dans le deuxième (une demi-vie de 5 ans). Il suffit de remplacer les nombres de la colonne B par les vôtres.
Calculer avec Google Sheets
| Quantité initiale N0 | 100 |
| Durée écoulée t | 10 |
| Demi-vie t1/2 | 5 |
| Quantité restante N(t) | =B1*PUISSANCE(1/2;B2/B3) |
| Quantité initiale N0 | 100 |
| Quantité restante N(t) | 25 |
| Durée écoulée t | 10 |
| Demi-vie t1/2 | =B3*LN(2)/LN(B1/B2) |
| Quantité initiale N0 | 100 |
| Quantité restante N(t) | 25 |
| Demi-vie t1/2 | 5 |
| Durée écoulée t | =B3*LN(B1/B2)/LN(2) |
| Demi-vie t1/2 | 5 |
| Constante radioactive λ | =LN(2)/B1 |
| Durée de vie moyenne τ | =B1/LN(2) |
Calculer avec Python
import math
initial_quantity = 100.0 # quantité initiale N0
remaining_quantity = 25.0 # quantité restante N(t)
elapsed_time = 10.0 # durée écoulée t
# demi-vie t1/2 = t × ln2 ÷ ln(N0 ÷ N(t))
half_life = elapsed_time * math.log(2) / math.log(initial_quantity / remaining_quantity)
decay_constant = math.log(2) / half_life # constante radioactive λ
mean_lifetime = half_life / math.log(2) # durée de vie moyenne τ
print(f"Demi-vie : {half_life}")
print(f"Constante radioactive : {decay_constant}")
print(f"Durée de vie moyenne : {mean_lifetime}")
# Vérification : quantité restante N(t) = N0 × (1/2)^(t/t1/2)
remaining = initial_quantity * 0.5 ** (elapsed_time / half_life)
print(f"Vérification (quantité restante) : {remaining}")
Écrire la formule en LaTeX et autres langages mathématiques (à copier-coller)
N(t) = N₀ × (1/2)^(t/t½)
N(t) = N_0 \left(\frac{1}{2}\right)^{t/t_{1/2}}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>N</mi><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo>
<mo>=</mo>
<msub><mi>N</mi><mn>0</mn></msub>
<msup>
<mrow><mo>(</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow>
<mrow><mi>t</mi><mo>/</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msub></mrow>
</msup>
</mrow>
</math>
N(t) = N_0 (1/2)^(t/t_(1/2))
n0*(1/2)^(t/thalf)
Nt := n0*(1/2)^(t/thalf);
Nt = n0*(1/2)^(t/thalf);
N(t) = N_0 (1/2)^(t/t_(1/2))
t½ = t × ln 2 ÷ ln(N₀/N(t))
t_{1/2} = \dfrac{t \ln 2}{\ln(N_0 / N(t))}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>t</mi><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow><mi>t</mi><mo>⁢</mo><mi>ln</mi><mo>⁡</mo><mn>2</mn></mrow>
<mrow><mi>ln</mi><mo>⁡</mo><mo>(</mo><msub><mi>N</mi><mn>0</mn></msub><mo>/</mo><mi>N</mi><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo><mo>)</mo></mrow>
</mfrac>
</mrow>
</math>
t_(1/2) = (t ln 2)/(ln(N_0//N(t)))
t*Log[2]/Log[n0/nt]
thalf := t*ln(2)/ln(n0/nt);
thalf = t*log(2)/log(n0/nt);
t_(1/2) = t ln(2)/ln(N_0/N(t))
λ = ln 2 ÷ t½
\lambda = \dfrac{\ln 2}{t_{1/2}}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>λ</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow><mi>ln</mi><mo>⁡</mo><mn>2</mn></mrow>
<msub><mi>t</mi><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msub>
</mfrac>
</mrow>
</math>
lambda = (ln 2)/t_(1/2)
Log[2]/thalf
lambda := ln(2)/thalf;
lambda = log(2)/thalf;
λ = ln(2)/t_(1/2)
τ = t½ ÷ ln 2
\tau = \dfrac{1}{\lambda} = \dfrac{t_{1/2}}{\ln 2}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>τ</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub><mi>t</mi><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msub>
<mrow><mi>ln</mi><mo>⁡</mo><mn>2</mn></mrow>
</mfrac>
</mrow>
</math>
tau = t_(1/2)/(ln 2)
thalf/Log[2]
tau := thalf/ln(2);
tau = thalf/log(2);
τ = t_(1/2)/ln(2)
Faire faire le calcul par ChatGPT
Tu es un assistant de calcul de demi-vie. Fais les calculs suivants en exécutant réellement du code Python, et appuie ta réponse uniquement sur les nombres obtenus à l’exécution (ne réponds pas de tête ni au jugé). Une substance radioactive pèse 100 g au départ et n’en compte plus que 25 g au bout de 10 ans. On suppose une décroissance exponentielle, N(t) = N0 × (1/2)^(t / demi-vie). Calcule chacune des valeurs suivantes : 1. La demi-vie de cette substance 2. La constante radioactive λ (= ln2 ÷ demi-vie) 3. La durée de vie moyenne τ (= demi-vie ÷ ln2) 4. La quantité restante 20 ans après le départ Indique les formules utilisées et les nombres obtenus à l’exécution.
Mode d'emploi
-
1Saisissez vos nombresTapez les nombres à calculer dans les champs de saisie
-
2CalculezAppuyez sur le bouton « Calculer »
-
3Lisez le résultatLe résultat s’affiche aussitôt. La même page explique aussi le raisonnement et la formule
Les atouts de DataChef
Aucune compétence requise – simple et intuitif
Aucune donnée personnelle nécessaire
Le fichier est supprimé automatiquement après le téléchargement
Aucune mention de crédit nécessaire
Aucune autorisation préalable nécessaire