Fiche de révision : Le temps et les roches

📋 Plan du Cours

1. Datations relative et absolue
2. Principes géométriques de datation
3. Fossiles stratigraphiques
4. Échelle chronostratigraphique
5. Principes de radiochronologie
6. Datation par rubidium-strontium
7. Datation par potassium-argon
8. Datation uranium-plomb

📖 1. Datations relative et absolue

★ À maîtriser

📌 La datation relative ordonne des structures et des événements géologiques sans leur attribuer d’âge précis ni mesurer la durée d’un phénomène.

• La datation absolue donne un âge chiffré aux roches magmatiques et métamorphiques, généralement exprimé en millions d’années.

Compléments

📌 Les minéraux des roches sédimentaires ne peuvent généralement pas être datés par radiochronologie, car ils se sont formés avant leur incorporation dans le sédiment.

• Les couleurs d’une carte géologique représentent soit l’âge des roches sédimentaires, soit la nature des roches magmatiques et métamorphiques affleurantes.

💡 Astuce mémo

Relative : ordonner ; absolue : chiffrer

📖 2. Principes géométriques de datation

🔑 Notions clés & Définitions

• Strate : Un ensemble sédimentaire compris entre deux surfaces approximativement parallèles, aussi appelé couche ou horizon.

★ À maîtriser

• Selon le principe de superposition, dans une série sédimentaire non perturbée, une strate inférieure est plus ancienne qu’une strate située au-dessus.

• Selon le principe d’inclusion, un objet emprisonné dans une structure, comme un galet ou un fossile dans une strate, est plus ancien que la structure qui l’entoure.

• Selon le principe de recoupement, la structure qui en recoupe une autre est plus récente que la structure recoupée.

Compléments

📌 Une discordance correspond au dépôt d’une strate sur des couches plus anciennes qui ne lui sont pas parallèles et signale un événement tectonique intermédiaire, comme un plissement, une érosion ou un arrêt de sédimentation.

📌 Selon le principe de continuité, une même couche conserve le même âge sur toute son étendue, même si sa composition change ou si l’érosion en interrompt localement l’affleurement.

💡 Astuce mémo

Inclusion ancienne, filon récent

📖 3. Fossiles stratigraphiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Fossile stratigraphique : Un fossile utilisé pour dater et corréler des strates parce que son espèce a une grande extension géographique, une courte durée d’existence et une abondance élevée.
• Biofaciès : L’ensemble des fossiles que renferme une strate.

★ À maîtriser

📌 Deux strates qui possèdent le même contenu paléontologique sont considérées comme ayant le même âge.

• Les fossiles stratigraphiques caractéristiques comprennent : les ammonites pour l’ère secondaire, les trilobites pour le Paléozoïque, les foraminifères pour l’ensemble des temps géologiques, particulièrement le Cénozoïque

Compléments

• Les fossiles stratigraphiques sont essentiellement des espèces marines dont le mode de vie est indépendant des conditions du milieu et qui se renouvellent rapidement au cours de l’évolution.

📖 4. Échelle chronostratigraphique

🔑 Notions clés & Définitions

• Stratotype : Un affleurement de référence qui caractérise un étage par son contenu paléontologique et permet de l’étalonner.

★ À maîtriser

• L’âge de la Terre est estimé à 4,57 Ga.

• Les ères sont de vastes divisions du temps géologique dont les limites sont définies par des changements majeurs dans les fossiles retrouvés.

• Les ères sont subdivisées en périodes, elles-mêmes subdivisées en étages, qui constituent les intervalles de temps les plus courts de l’échelle et durent quelques millions d’années.

Compléments

• Depuis 1980, des stratotypes de limite servent d’affleurements de référence pour les limites d’étages, définies par la première apparition ou la disparition d’une ou plusieurs espèces fossiles.

💡 Astuce mémo

Ères → périodes → étages

📖 5. Principes de radiochronologie

🔑 Notions clés & Définitions

• Demi-vie : La durée nécessaire pour que la quantité initiale d’isotopes radioactifs diminue de moitié.

★ À maîtriser

• Un isotope père radioactif instable se désintègre spontanément en isotope fils et en particule riche en énergie, selon une vitesse caractéristique de l’élément.

📐 Formule - La décroissance radioactive de l’isotope père suit la loi $N_{p,t}=N_{p,0}e^{-\lambda t}$, où $N_{p,t}$ est le nombre d’atomes au temps t, $N_{p,0}$ le nombre initial, $\lambda$ la constante de désintégration et t le temps écoulé depuis la fermeture du système.

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

📌 L’âge radiométrique d’un échantillon correspond au temps écoulé depuis la fermeture du système, c’est-à-dire depuis qu’il ne se produit plus d’échanges d’atomes avec l’extérieur.

Compléments

📌 Une datation radioactive est utilisable lorsque l’âge recherché est compris entre un centième et dix fois la demi-vie de l’isotope choisi.

💡 Astuce mémo

L’isotope père décroît comme le sable d’un sablier

📖 6. Datation par rubidium-strontium

★ À maîtriser

• La méthode Rb-Sr date une roche en mesurant les rapports isotopiques de plusieurs minéraux de cette roche et en déterminant la pente de leur droite isochrone.

📐 Formule - La droite isochrone suit une relation de la forme $y=ax+b$, où sa pente vérifie $a=\lambda t$.

Compléments

• La méthode Rb-Sr est applicable aux roches anciennes grâce à la longue période radioactive du 87Rb, qui se désintègre en 87Sr.

📌 Le rapport 87Sr/87Rb d’un seul minéral ne suffit pas à dater une roche, car le minéral contenait déjà du 87Sr lors de la fermeture du système.

• Les minéraux d’une même roche ont initialement le même rapport 87Sr/86Sr, mais des rapports 87Rb/86Sr initiaux différents selon leur teneur en rubidium.

💡 Astuce mémo

Plus le temps passe, plus l’isochrone se pentifie

📖 7. Datation par potassium-argon

★ À maîtriser

• La méthode 40K-40Ar mesure le potassium 40 et l’argon 40 dans des roches magmatiques ou métamorphiques, notamment volcaniques, et peut couvrir presque tous les âges géologiques avec une bonne précision.

📌 Les minéraux contenant du potassium incorporent du 40K lors de leur formation, puis celui-ci se désintègre en 40Ar stable.

📌 Une contamination d’une lave par de l’argon atmosphérique au moment d’une éruption conduit à une estimation de l’âge supérieure à l’âge réel.

Compléments

📐 Formule - La relation de datation K-Ar donnée dans le cours est $\frac{^{40}\mathrm{Ar}}{^{40}\mathrm{K}}=\frac{\lambda_{\mathrm{Ar}}}{\lambda}\left(e^{\lambda t}-1\right)$.

• Pour vérifier l’absence de contamination atmosphérique en 40Ar, plusieurs échantillons sont mesurés et la concordance de leurs résultats est contrôlée.

💡 Astuce mémo

Argon atmosphérique ajouté → âge surestimé

📖 8. Datation uranium-plomb

🔑 Notions clés & Définitions

• Concordia : La courbe des rapports 206Pb/238U et 207Pb/235U pour lesquels les deux méthodes U-Pb donnent le même âge.

★ À maîtriser

• La méthode uranium-plomb permet de dater des roches très anciennes et métamorphisées, car l’uranium est piégé dans des minéraux résistants comme le zircon.

• L’uranium 238 se désintègre en plomb 206 et l’uranium 235 se désintègre en plomb 207.

📌 Un minéral situé sur la concordia donne l’âge de cristallisation du minéral et donc celui du magma.

Compléments

📌 Une perturbation telle qu’une réaction métamorphique peut rouvrir le système U-Pb et modifier les rapports isotopiques par entrée ou sortie d’uranium ou de plomb.

• L’échelle stratigraphique associe des limites datées en millions d’années aux étages caractérisés par des fossiles stratigraphiques, regroupés en systèmes puis en ères, dont certaines limites peuvent correspondre à des crises biologiques majeures.

💡 Astuce mémo

Sur la concordia : âge concordant ; hors de la concordia : système perturbé

📊 Tableaux de synthèse

Méthodes de datation radiométrique