QCM : Datation absolue des roches (21 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Pour dater un fragment de roche, quelles quantités la radiochronologie mesure-t-elle ?

Les éléments fils radioactifs et les éléments père radiogéniques
Les éléments père radioactifs et les éléments fils radiogéniques
Les seuls isotopes stables présents dans la roche
La température et la pression de formation de la roche

Les éléments père radioactifs et les éléments fils radiogéniques

Explication

La radiochronologie détermine un âge en quantifiant les éléments père radioactifs et les éléments fils radiogéniques. L’inversion des rôles père-fils et la mesure des seuls isotopes stables ne correspondent pas à ce principe.

2. Dans un système géologique, quel rôle joue un élément père radioactif ?

Isotope stable qui se désintègre en libérant de l’énergie et forme un élément fils instable
Isotope instable qui se désintègre en libérant de l’énergie et forme un élément fils stable
Isotope stable qui apparaît lors d’un échange avec l’environnement
Isotope instable produit par la désintégration d’un élément fils stable

Isotope instable qui se désintègre en libérant de l’énergie et forme un élément fils stable

Explication

L’élément père est un isotope radioactif instable qui se désintègre spontanément en libérant de l’énergie et produit un élément fils radiogénique stable. Le prendre pour le produit stable ou rendre le fils instable inverse les caractéristiques des deux éléments.

3. Après la fermeture d’un système contenant un isotope père radioactif, quelle évolution des éléments père et fils est attendue au cours du temps ?

L’élément père augmente et l’élément fils radiogénique diminue de façon continue et irréversible
Les quantités des deux éléments restent constantes après la fermeture du système
L’élément père diminue et l’élément fils radiogénique augmente de façon continue et irréversible
Les deux éléments varient de façon continue, puis reviennent à leurs quantités initiales

L’élément père diminue et l’élément fils radiogénique augmente de façon continue et irréversible

Explication

La désintégration radioactive se poursuit de façon continue et irréversible : le père diminue tandis que le fils radiogénique apparaît et augmente. Inverser ces évolutions ou supposer un retour en arrière contredit ce mécanisme.

4. Un magma cristallise et le cristal formé cesse tout échange avec son environnement : à quel événement l’âge du système se rapporte-t-il ?

Au moment où l’échantillon est prélevé pour analyse
À l’arrêt de la désintégration radioactive dans le cristal
Au début de la fusion qui produit le magma
À l’arrêt des échanges lors de la cristallisation

À l’arrêt des échanges lors de la cristallisation

Explication

L’âge de fermeture correspond à l’arrêt des échanges entre le système et son environnement, ici lors de la cristallisation. La désintégration continue après cette fermeture; la fusion et le prélèvement ne définissent pas cet événement.

5. Une équipe cherche à dater un granite continental âgé d’environ 200 Ma : quelle méthode est adaptée à cette roche et à cet âge ?

La méthode Rb/Sr, adaptée aux granites mais hors de sa fenêtre optimale
La méthode Rb/Sr, adaptée aux granites et à la fenêtre de 50 à 500 Ma
La méthode Sm/Nd, réservée aux roches continentales entre 50 et 500 Ma
La méthode Sm/Nd, adaptée aux granites et à la fenêtre de 50 à 500 Ma

La méthode Rb/Sr, adaptée aux granites et à la fenêtre de 50 à 500 Ma

Explication

La méthode Rb/Sr est notamment utilisée pour les roches continentales comme les granites, et sa fenêtre optimale va de 50 à 500 Ma. Sm/Nd est présentée comme une méthode adaptée aux roches de la croûte océanique, tandis que 200 Ma appartient bien à la fenêtre Rb/Sr.

6. Pour construire une isochrone à partir de plusieurs minéraux, quelle démarche doit suivre un géologue ?

Placer un seul des deux rapports, puis tracer une droite de régression à partir d’un point
Placer les deux rapports, puis les remplacer par leur moyenne sans ajuster de droite
Placer les rapports 87Rb/86Sr^{87}\mathrm{Rb}/^{86}\mathrm{Sr} et 87Sr/86Sr^{87}\mathrm{Sr}/^{86}\mathrm{Sr}, puis ajuster une droite de régression
Placer les rapports 87Sr/86Sr^{87}\mathrm{Sr}/^{86}\mathrm{Sr} et 87Rb/86Sr^{87}\mathrm{Rb}/^{86}\mathrm{Sr}, puis ajuster une droite de régression

Placer les rapports $$^{87}\mathrm{Sr}/^{86}\mathrm{Sr}$$ et $$^{87}\mathrm{Rb}/^{86}\mathrm{Sr}$$, puis ajuster une droite de régression

Explication

La méthode consiste à placer les rapports 87Sr/86Sr^{87}\mathrm{Sr}/^{86}\mathrm{Sr} et 87Rb/86Sr^{87}\mathrm{Rb}/^{86}\mathrm{Sr} des échantillons, puis à tracer la droite de régression passant par les points. Inverser les rapports, les moyenner ou ne retenir qu’un rapport ne construit pas l’isochrone décrite.

7. Une isochrone Rb/Sr a une pente a=0,5a=0{,}5; quelle expression permet de calculer l’âge de l’échantillon avec λ=1,42×10−11\lambda=1{,}42\times10^{-11} ?

t=1,42×10−11ln⁡(1,5)t=1{,}42\times10^{-11}\ln(1{,}5)
t=1,51,42×10−11t=\frac{1{,}5}{1{,}42\times10^{-11}}
t=ln⁡(1,5)1,42×10−11t=\frac{\ln(1{,}5)}{1{,}42\times10^{-11}}
t=ln⁡(0,5)1,42×10−11t=\frac{\ln(0{,}5)}{1{,}42\times10^{-11}}

$$t=\frac{\ln(1{,}5)}{1{,}42\times10^{-11}}$$

Explication

La relation est t=ln⁡(a+1)λt=\frac{\ln(a+1)}{\lambda}. Avec a=0,5a=0{,}5, on obtient a+1=1,5a+1=1{,}5; l’expression sans logarithme, celle qui oublie le terme +1 et celle qui multiplie par λ\lambda appliquent mal la formule.

8. Après la fermeture d’une roche contenant du 87Rb^{87}\mathrm{Rb}, quelle évolution des deux rapports isotopiques est attendue au cours du temps ?

Le rapport 87Rb/86Sr^{87}\mathrm{Rb}/^{86}\mathrm{Sr} augmente tandis que 87Sr/86Sr^{87}\mathrm{Sr}/^{86}\mathrm{Sr} diminue
Les rapports 87Rb/86Sr^{87}\mathrm{Rb}/^{86}\mathrm{Sr} et 87Sr/86Sr^{87}\mathrm{Sr}/^{86}\mathrm{Sr} augmentent
Le rapport 87Rb/86Sr^{87}\mathrm{Rb}/^{86}\mathrm{Sr} diminue tandis que 87Sr/86Sr^{87}\mathrm{Sr}/^{86}\mathrm{Sr} augmente
Les rapports 87Rb/86Sr^{87}\mathrm{Rb}/^{86}\mathrm{Sr} et 87Sr/86Sr^{87}\mathrm{Sr}/^{86}\mathrm{Sr} diminuent

Le rapport $$^{87}\mathrm{Rb}/^{86}\mathrm{Sr}$$ diminue tandis que $$^{87}\mathrm{Sr}/^{86}\mathrm{Sr}$$ augmente

Explication

Après la fermeture, le 87Rb^{87}\mathrm{Rb} se désintègre en 87Sr^{87}\mathrm{Sr} : le rapport rubidium-strontium diminue et le rapport strontium-strontium augmente. L’inversion des tendances ou l’attribution d’une même évolution aux deux rapports ne tient pas compte de cette transformation.

9. Dans un minéral contenant du potassium 40 radioactif, quel isotope radiogénique se forme par désintégration et sert au chronométrage K/Ar ?

L’azote 14
L’argon 40
Le potassium 40
L’argon 39

L’argon 40

Explication

Le chronométrage K/Ar repose sur la désintégration du potassium 40 en argon 40 radiogénique. Le potassium 40 est l’isotope père, l’azote 14 appartient au couple carbone 14 et l’argon 39 intervient dans la variante de normalisation.

10. Un échantillon présente un rapport 40Ar/40K^{40}\mathrm{Ar}/^{40}\mathrm{K} égal à 1. Quelle expression permet de calculer son âge par la méthode K/Ar ?

t=1+15,81×10−11 an−1t=\frac{1+1}{5{,}81\times10^{-11}\ \mathrm{an}^{-1}}
t=ln⁡(1+1)×5,81×10−11 an−1t=\ln(1+1)\times5{,}81\times10^{-11}\ \mathrm{an}^{-1}
t=ln⁡(1)5,81×10−11 an−1t=\frac{\ln(1)}{5{,}81\times10^{-11}\ \mathrm{an}^{-1}}
t=ln⁡(1+1)5,81×10−11 an−1t=\frac{\ln(1+1)}{5{,}81\times10^{-11}\ \mathrm{an}^{-1}}

$$t=\frac{\ln(1+1)}{5{,}81\times10^{-11}\ \mathrm{an}^{-1}}$$

Explication

La relation K/Ar est t=ln⁡(40Ar/40K+1)λt=\frac{\ln(^{40}\mathrm{Ar}/^{40}\mathrm{K}+1)}{\lambda}, avec λ=5,81×10−11 an−1\lambda=5{,}81\times10^{-11}\ \mathrm{an}^{-1}. La division par la constante est requise : l’option sans logarithme omet cette opération, celle sans ajout de 1 oublie un terme de la formule, et la multiplication inverse la relation avec λ\lambda.

11. Lors d’une datation K/Ar classique, pourquoi les concentrations mesurées de potassium et d’argon ne sont-elles pas rapportées à des standards ?

Parce que l’argon initial est considéré nul, étant un gaz
Parce que les deux concentrations sont rapportées à un isotope stable
Parce que la demi-vie du potassium rend les standards inutiles
Parce que l’argon initial est supposé présent en quantité connue

Parce que l’argon initial est considéré nul, étant un gaz

Explication

La méthode classique ne normalise pas les concentrations car la concentration initiale d’argon est considérée nulle, l’argon étant un gaz. La normalisation par isotope stable concerne d’autres situations, et ni une quantité initiale connue ni la demi-vie n’expliquent l’absence de standards.

12. Une datation relative suggère qu’une roche est très ancienne. Quel principe doit guider le choix d’un radiochronomètre pour la dater ?

Se fonder sur la température de fermeture, indépendamment de la période
Tenir compte de la nature du minéral et de la période de l’élément fils
Tenir compte de l’âge supposé de la roche et de la période de l’élément père
Retenir la période la plus courte, indépendamment de l’âge supposé

Tenir compte de l’âge supposé de la roche et de la période de l’élément père

Explication

Le radiochronomètre se choisit selon l’âge supposé de la roche, estimable par chronologie relative, et selon la période de l’élément père. La nature du minéral ou sa température de fermeture peut intervenir dans la datation, mais ne remplace pas ces critères de choix.

13. Deux radiochronomètres appliqués à des minéraux différents d’une même roche donnent des âges distincts. Quelle explication est compatible avec ce résultat ?

Les âges distincts indiquent que les minéraux se sont formés à des moments différents
Les minéraux peuvent avoir des températures de fermeture différentes
L’écart montre que l’un des minéraux ne contenait pas de potassium
Les radiochronomètres ont nécessairement des périodes identiques

Les minéraux peuvent avoir des températures de fermeture différentes

Explication

Des températures de fermeture propres aux minéraux peuvent conduire à des âges mesurés différents dans un même objet. Des périodes identiques ne sont pas requises, et l’écart ne prouve ni des moments de formation distincts ni l’absence de potassium.

14. Quel type de roche convient à une datation par le couple K/Ar ?

Une roche contenant des minéraux riches en rubidium
Une roche contenant des minéraux riches en potassium
Une roche contenant des minéraux riches en samarium
Une roche dépourvue de minéraux potassiques

Une roche contenant des minéraux riches en potassium

Explication

Le couple K/Ar sert à dater des roches dont les minéraux sont riches en potassium. Le rubidium renvoie au couple Rb/Sr, l’absence de minéraux potassiques ne correspond pas au critère, et le samarium relève d’un autre couple.

15. Lorsqu’un magma dégazé se solidifie, quelle évolution des isotopes explique l’accumulation d’argon radiogénique dans la roche ?

Le ⁴⁰K diminue tandis que le ⁴⁰Ar produit s’accumule
Le ⁴⁰Ar initial demeure tandis que le ⁴⁰K reste stable
Le ⁴⁰Ar diminue tandis que le ⁴⁰K augmente
Le ⁴⁰Ar diminue tandis que le ⁴⁰K produit s’accumule

Le ⁴⁰K diminue tandis que le ⁴⁰Ar produit s’accumule

Explication

Le dégazage élimine le ⁴⁰Ar présent lors de l’éruption; après la solidification, la désintégration du ⁴⁰K produit du ⁴⁰Ar qui s’accumule, tandis que le ⁴⁰K diminue. Les autres réponses inversent la désintégration, négligent le dégazage ou font augmenter le parent.

16. Quelle répartition des désintégrations du ⁴⁰K entre ⁴⁰Ca et ⁴⁰Ar faut-il retenir ?

89,5 % vers le ⁴⁰Ca et 10,5 % vers le ⁴⁰Ar
89,5 % vers le ⁴⁰Ar et 10,5 % vers le ⁴⁰Ca
10,5 % vers le ⁴⁰Ca et 89,5 % vers le ⁴⁰Ar
100 % vers le ⁴⁰Ar et 0 % vers le ⁴⁰Ca

89,5 % vers le ⁴⁰Ca et 10,5 % vers le ⁴⁰Ar

Explication

Le ⁴⁰K se désintègre en ⁴⁰Ca pour 89,5 % des noyaux et en ⁴⁰Ar pour 10,5 %. L’inversion des proportions ou l’attribution d’une seule voie de désintégration ne respecte pas cette répartition.

17. Pour calculer l’âge K/Ar d’une roche à partir des quantités mesurées à l’instant t, quelle expression un géologue doit-il utiliser ?

t=1λ×10,105×n(40Art)n(40Kt)t = \frac{1}{\lambda} \times \frac{1}{0{,}105} \times \frac{n(^{40}\mathrm{Ar}_t)}{n(^{40}\mathrm{K}_t)}
t=1λ×ln⁡(1+10,105×n(40Art)n(40Kt))t = \frac{1}{\lambda} \times \ln\left(1 + \frac{1}{0{,}105} \times \frac{n(^{40}\mathrm{Ar}_t)}{n(^{40}\mathrm{K}_t)}\right)
t=1λ×ln⁡(1+10,105×n(40Kt)n(40Art))t = \frac{1}{\lambda} \times \ln\left(1 + \frac{1}{0{,}105} \times \frac{n(^{40}\mathrm{K}_t)}{n(^{40}\mathrm{Ar}_t)}\right)
t=1λ×ln⁡(1+n(40Art)n(40Kt))t = \frac{1}{\lambda} \times \ln\left(1 + \frac{n(^{40}\mathrm{Ar}_t)}{n(^{40}\mathrm{K}_t)}\right)

$$t = \frac{1}{\lambda} \times \ln\left(1 + \frac{1}{0{,}105} \times \frac{n(^{40}\mathrm{Ar}_t)}{n(^{40}\mathrm{K}_t)}\right)$$

Explication

L’âge se calcule avec le logarithme népérien du terme contenant le rapport argon-40/potassium-40 et le facteur de branchement 10,105\frac{1}{0{,}105}. L’omission de ce facteur, l’inversion du rapport ou l’absence du logarithme modifie la formule.

18. Dans quelle situation le couple Rb/Sr est-il particulièrement utilisé ?

Pour dater des roches récentes en mesurant le couple potassium-argon
Pour dater des roches magmatiques ou métamorphiques anciennes lorsque les quantités initiales sont inconnues
Pour dater des roches riches en potassium lorsque l’argon initial est mesurable
Pour dater des roches magmatiques ou métamorphiques anciennes lorsque les quantités initiales sont connues

Pour dater des roches magmatiques ou métamorphiques anciennes lorsque les quantités initiales sont inconnues

Explication

Rb/Sr est fréquemment appliqué aux roches magmatiques ou métamorphiques les plus anciennes lorsque les quantités initiales du parent et du produit ne peuvent être déterminées. Exiger des quantités initiales connues contredit l’intérêt de la méthode, et les autres réponses déplacent le contexte vers K/Ar.

19. À la cristallisation d’une roche, comment se comparent les rapports isotopiques initiaux des différents minéraux ?

Les deux rapports varient d’un minéral à l’autre
Les deux rapports sont identiques dans tous les minéraux
Le rapport ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr varie, tandis que le rapport ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr est identique
Le rapport ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr varie, tandis que le rapport ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr est identique

Le rapport ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr varie, tandis que le rapport ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr est identique

Explication

À la cristallisation, les minéraux partagent le même rapport initial ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, mais leurs teneurs différentes en rubidium font varier ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr. L’inversion des rapports ou l’idée qu’ils seraient tous deux identiques ou variables confond ces deux comportements.

20. Après la fermeture du système d’une roche, la désintégration du ⁸⁷Rb se poursuit dans ses minéraux. Quelle évolution des rapports doit-on prévoir ?

⁸⁷Sr/⁸⁶Sr augmente et ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr augmente
⁸⁷Sr/⁸⁶Sr diminue et ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr augmente
⁸⁷Sr/⁸⁶Sr augmente et ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr diminue
⁸⁷Sr/⁸⁶Sr diminue et ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr diminue

⁸⁷Sr/⁸⁶Sr augmente et ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr diminue

Explication

La désintégration transforme le ⁸⁷Rb en ⁸⁷Sr : le rapport du strontium radiogénique au ⁸⁶Sr augmente et celui du rubidium au ⁸⁶Sr diminue. Les distracteurs inversent l’évolution ou attribuent aux deux rapports le même sens de variation.

21. Une droite isochrone obtenue pour une roche a une pente aa. Quelle relation permet d’en déduire son âge, si λ\lambda est la constante de désintégration ?

t=λln⁡(a+1)t = \frac{\lambda}{\ln(a+1)}
t=ln⁡(a)λt = \frac{\ln(a)}{\lambda}
t=ln⁡(a+1)λt = \frac{\ln(a+1)}{\lambda}
t=a+1λt = \frac{a+1}{\lambda}

$$t = \frac{\ln(a+1)}{\lambda}$$

Explication

L’âge se déduit de la pente de l’isochrone par t=ln⁡(a+1)λt = \frac{\ln(a+1)}{\lambda}. Les distracteurs omettent le logarithme, omettent le terme ajouté à la pente ou inversent le rôle de λ\lambda.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 47 flashcards sur Datation absolue des roches.

Que date la radiochronologie ?

Des roches, des minéraux ou des restes d’organismes.

Que devient un élément père radioactif instable lors de sa désintégration ?

Il produit un élément fils radiogénique stable.

Comment évoluent les éléments père et fils lors d’une désintégration radioactive ?

L’élément père diminue tandis que l’élément fils radiogénique augmente.

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