Fiche de révision : Géochronologie relative et absolue

📋 Plan du Cours

1. Principes de chronologie relative
2. Fossiles et échelle stratigraphique
3. Isotopes et radioactivité
4. Loi de désintégration et géochronomètres
5. Datation K/Ar et Rb/Sr
6. Méthode U/Pb et Concordia
7. Identifier l’événement daté

📖 1. Principes de chronologie relative

🔑 Notions clés & Définitions

• Principe de superposition : Dans une série stratigraphique, une strate est plus récente que celle qu’elle recouvre et plus ancienne que celle située au-dessus.
• Principe de continuité : Deux couches éloignées présentant les mêmes indicateurs ont le même âge, même si la nature de leur roche sédimentaire varie.
• Principe de recoupement : Toute structure qui en recoupe une autre lui est postérieure.

📝 Points essentiels

• Le principe de recoupement permet de dater des intrusions, des failles et des plis, qui sont postérieurs aux terrains ou aux roches qu’ils recoupent ou déforment.

• 🔄 La reconstitution d’une chronologie relative consiste à: numéroter les couches de bas en haut, identifier les relations de superposition et de recoupement, ordonner les dépôts, déformations, intrusions et érosion

💡 Astuce mémo

Superposer, continuer, recouper : du dépôt à l’événement

📖 2. Fossiles et échelle stratigraphique

🔑 Notions clés & Définitions

• Fossile stratigraphique : Espèce ayant vécu pendant une période relativement brève et dans une zone géographique très étendue.
• Principe d’identité paléontologique : Permet de corréler des couches très éloignées lorsqu’elles présentent le même contenu paléontologique, car elles ont alors le même âge.

★ À maîtriser

📌 L’âge d’une couche contenant un fossile stratigraphique correspond à la période durant laquelle l’espèce fossile existait sur Terre.

• Les subdivisions du temps géologique sont:
  • ères
  • périodes
  • étages

Compléments

• L’association de plusieurs fossiles stratigraphiques permet une datation plus précise, correspondant à la période où toutes les espèces associées vivaient ensemble.

💡 Astuce mémo

Apparition ou disparition des fossiles → découpage des temps géologiques

📖 3. Isotopes et radioactivité

🔑 Notions clés & Définitions

• Isotope : Variété d’un élément chimique ayant un nombre de nucléons différent, tandis que le numéro atomique reste défini par le nombre de protons.

★ À maîtriser

📌 Un isotope stable reste inchangé, tandis qu’un isotope radioactif se désintègre spontanément pour donner un élément fils radiogénique.

Compléments

• La classification périodique de Mendeleïev compte 118 éléments, dont 94 existent naturellement.

• Les isotopes du carbone sont:

  • carbone 12 : 98,9 %
  • carbone 13 : 1,1 %
  • carbone 14 : traces de l’ordre de 1 pour 10^12

📐 Formule — La désintégration du carbone 14 produit de l’azote 14 ainsi qu’une particule bêta moins et un antineutrino : $^{14}_{6}C \rightarrow ^{14}_{7}N + ^{0}_{-1}\beta^- + ^{0}_{0}\bar{\nu}$.

💡 Astuce mémo

Père radioactif → fils radiogénique ; isotope stable ≠ isotope instable

📖 4. Loi de désintégration et géochronomètres

🔑 Notions clés & Définitions

• Demi-vie : Temps nécessaire pour diviser par deux la quantité d’éléments pères radioactifs.

★ À maîtriser

📐 Formule — La loi de désintégration radioactive s’écrit $P(t)=P_0e^{-\lambda t}$, avec $t_{1/2}=\frac{\ln 2}{\lambda}$.

📌 Un couple père-fils est utilisable comme géochronomètre si les minéraux contiennent l’élément concerné et si sa demi-vie est compatible avec l’âge estimé.

Compléments

• On estime qu’un géochronomètre peut être utilisé pour des âges d’un maximum d’environ 10 fois sa période radioactive.

• Le carbone 14 a une période de 5730 ans et convient à la datation, tandis que l’uranium 238 a une période de 4,47 milliards d’années et convient aux âges très anciens.

📖 5. Datation K/Ar et Rb/Sr

★ À maîtriser

📐 Formule — Dans le géochronomètre K/Ar, le potassium 40 se désintègre en argon 40 et calcium 40, avec $\lambda=5{,}81\times10^{-11}\ \text{ans}^{-1}$ et $t=\frac{\ln(^{40}Ar_t/^{40}K_t+1)}{\lambda}$.

📌 Le géochronomètre K/Ar s’utilise sur des roches de plusieurs dizaines à centaines de millions d’années contenant du potassium, notamment des roches magmatiques et métamorphiques.

• Le géochronomètre Rb/Sr repose sur la désintégration du 87Rb en 87Sr, tandis que le 86Sr reste stable, avec $\lambda=1{,}42\times10^{-11}\ \text{ans}^{-1}$ et une demi-vie de 48,8 milliards d’années.

• La méthode Rb/Sr consiste à mesurer les rapports 87Sr/86Sr et 87Rb/86Sr dans plusieurs minéraux, puis à tracer une droite isochrone dont la pente permet de calculer l’âge.

Compléments

📌 La méthode Rb/Sr convient aux âges supérieurs à 100 millions d’années et aux minéraux des roches magmatiques et métamorphiques contenant du rubidium et du strontium.

💡 Astuce mémo

K/Ar : père initial simplifiable ; Rb/Sr : isochrone nécessaire

📖 6. Méthode U/Pb et Concordia

🔑 Notions clés & Définitions

• Courbe Concordia : Relie les rapports isotopiques de l’uranium et du plomb à l’âge correspondant.

📝 Points essentiels

• Le géochronomètre U/Pb utilise les couples 238U/206Pb et 235U/207Pb, dont les constantes de désintégration sont respectivement $1{,}55125\times10^{-10}\ \text{an}^{-1}$ et $9{,}8485\times10^{-10}\ \text{an}^{-1}$.

📌 Si une roche n’a pas subi de perturbation après sa formation, les mesures de ses minéraux se placent sur la courbe Concordia et datent la formation de la roche.

📌 Si une roche a subi une perturbation, les points forment une droite Discordia dont l’intersection supérieure avec Concordia date la formation initiale et l’intersection inférieure date la perturbation.

💡 Astuce mémo

Concordia = roche intacte ; Discordia = perturbation datable

📖 7. Identifier l’événement daté

★ À maîtriser

📌 La chronologie relative ordonne les roches et les événements les uns par rapport aux autres, tandis que la datation absolue attribue un âge numérique à une roche ou à un événement.

Compléments

• Dans un exemple U/Pb, des mesures identiques de 0,8 et 40 placées sur Concordia donnent un âge de 3,75 milliards d’années et indiquent que la roche n’a pas connu de perturbation après sa formation.

• Dans un exemple U/Pb, l’intersection supérieure située vers 4 milliards d’années date la formation initiale de la roche, tandis que l’intersection inférieure située vers 1,5 milliard d’années date sa perturbation.

📊 Tableaux de synthèse

Chronologie relative et absolue