Fiche de révision : Datation géologique absolue et relative

📋 Plan du Cours

1. Âge de la Terre et datation géologique
2. Principes de la radiochronologie
3. Datation par isochrone Rb-Sr
4. Datation U-Pb par concordia
5. Datation continentale par K-Ar
6. Principes de datation relative
7. Application des principes stratigraphiques

📖 1. Âge de la Terre et datation géologique

🔑 Notions clés & Définitions

• Datation relative : Déterminer l'ordre des événements géologiques (avant / après)
• Datation absolue : Déterminer l'âge précis d'une roche grâce à la radioactivité.
• Géologie : Science qui étudie la Terre et ses roches.

📝 Points essentiels

• La Terre s’est formée il y a 4,6 milliards d’années (4,6 Ga).

📖 2. Principes de la radiochronologie

🔑 Notions clés & Définitions

• Radiochronologie : Méthode qui permet de dater les roches grâce à la désintégration radioactive.
• Âge de fermeture : Moment où une roche se ferme aux échanges d'éléments radioactifs.
• Demi-vie : Temps nécessaire pour que 50 % des éléments pères se désintègrent.

★ À maîtriser

• Un isotope radioactif, appelé élément père, se désintègre en isotope radiogénique, appelé élément fils, selon une loi exponentielle décroissante.

📐 Formule - La décroissance du nombre d’atomes pères suit la relation $N = N_0 e^{-\lambda t}$, où $N$ est le nombre actuel d’atomes pères, $N_0$ leur nombre initial et $\lambda$ la constante de désintégration.

Compléments

📐 Formule - La demi-vie $T$ et la constante de désintégration $\lambda$ sont liées par $T = \frac{\ln 2}{\lambda}$.

• La datation radiochronologique dépend de l’âge estimé de l’échantillon et de sa composition chimique, notamment de la présence de l’isotope étudié.

💡 Astuce mémo

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

📖 3. Datation par isochrone Rb-Sr

🔑 Notions clés & Définitions

• Droite isochrone : Droite formée par les points représentant les rapports ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr et ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr des minéraux d’une même roche et du même âge.

★ À maîtriser

• À la cristallisation d’une roche, les minéraux ont le même rapport initial ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, mais leurs rapports ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr diffèrent selon leur teneur en ⁸⁷Rb.

• Après la fermeture du système, le ⁸⁷Rb se désintègre en ⁸⁷Sr, ce qui fait diminuer le rapport ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr et augmenter le rapport ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr.

📐 Formule - L’âge de la roche selon la méthode Rb/Sr est donné par $t = \frac{\ln(a+1)}{\lambda}$, où $a$ est la pente de l’isochrone et $\lambda = 1{,}42 \times 10^{-11}\ \text{an}^{-1}$.

Compléments

• La pente de la droite isochrone augmente avec le temps écoulé depuis la fermeture du système.

• La méthode Rb/Sr a une précision de l’ordre de 10 Ma et convient particulièrement aux roches de la croûte continentale, notamment les granites.

• La méthode Sm/Nd, fondée sur le même principe que Rb/Sr, est utilisée pour les basaltes et les gabbros, car le rubidium est trop peu présent dans les gabbros.

📖 4. Datation U-Pb par concordia

🔑 Notions clés & Définitions

• Concordia : Courbe représentant les variations du rapport ²⁰⁶Pb/²³⁸U en fonction du rapport ²⁰⁷Pb/²³⁵U, sur laquelle on lit des âges.

★ À maîtriser

• La méthode U/Pb repose sur la désintégration de ²³⁸U en ²⁰⁶Pb et de ²³⁵U en ²⁰⁷Pb.

Compléments

• Pour dater un échantillon par U/Pb, on détermine ses rapports Pb/U, on place le point correspondant sur la concordia, puis on lit son âge.

• La méthode U/Pb est adaptée aux échantillons anciens âgés de 0,5 à 5 Ga et est souvent utilisée sur les météorites.

📖 5. Datation continentale par K-Ar

★ À maîtriser

• La méthode K/Ar repose sur la désintégration du ⁴⁰K en ⁴⁰Ar.

📐 Formule - L’âge calculé par la méthode K/Ar est $t = \frac{1}{\lambda}\ln\left[10\cdot\frac{[^{40}\mathrm{Ar}]}{[^{40}\mathrm{K}]}+1\right]$, avec $\lambda = 5{,}81\cdot10^{-11}\ \text{an}^{-1}$.

Compléments

• La demi-vie du ⁴⁰K est de 1,26 Ga et la méthode K/Ar s’applique aux roches continentales.

• La méthode K/Ar mesure les concentrations de ⁴⁰Ar et de ⁴⁰K sans les rapporter à des standards.

📖 6. Principes de datation relative

🔑 Notions clés & Définitions

• Datation relative : Méthode qui permet de classer les événements géologiques du plus ancien au plus récent.
• Affleurement : Zone où les roches sont visibles à la surface.

📝 Points essentiels

• Le principe de superposition établit que, dans une série sédimentaire non bouleversée, les couches les plus récentes recouvrent les plus anciennes.

• Le principe de recoupement établit qu’un élément recoupé est plus ancien que l’élément qui le recoupe.

• Le principe d’inclusion établit qu’un élément inclus dans un autre est plus ancien que ce qui l’entoure.

• Le principe de continuité établit qu’une strate sédimentaire a le même âge sur toute son étendue.

• Le principe d’identité paléontologique établit que deux couches sédimentaires de même nature présentant exactement les mêmes associations de fossiles ont le même âge.

📖 7. Application des principes stratigraphiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Fossile stratigraphique : Fossile présent dans le monde entier et dont la durée de vie a été courte.

📝 Points essentiels

• Les séries sédimentaires peuvent être inversées dans les zones fortement tectoniques sous l’effet de plis ou de failles.

• Une faille qui traverse plusieurs strates sédimentaires est postérieure au dépôt de ces strates.

• Un filon de basalte qui recoupe des gabbros est postérieur à la formation de ces gabbros.

• Des sédiments anciens reposant sur des sédiments récents peuvent indiquer un déplacement des terrains par chevauchement.

• Les fossiles renseignent sur le climat, l’environnement de dépôt et l’âge relatif des roches sédimentaires.

• Les couches sédimentaires de même nature, encadrées par des couches plus anciennes en dessous et plus récentes au-dessus, sont isochrones si elles sont retrouvées en deux endroits différents.

📊 Tableaux de synthèse

Méthodes de datation absolue