Fiche de révision : Temps et datation géologique

📋 Plan du Cours

1. Échelle des temps géologiques
2. Principes de datation relative
3. Déformations et structures géologiques
4. Fondements de la radiochronologie
5. Système fermé et isochrone
6. Couples isotopiques et applications

📖 1. Échelle des temps géologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Crise biologique : Période courte à l’échelle géologique, de quelques millions d’années au maximum, durant laquelle au moins 50 % des êtres vivants disparaissent à l’échelle planétaire.
• Fossile stratigraphique : Reste d’organisme qui permet de dater et de caractériser une strate.

★ À maîtriser

• La crise Permien-Trias, la plus importante des cinq crises biologiques majeures, s’est déroulée environ de 252 à 251 Ma et a entraîné la disparition de 94 % des espèces mondiales, dont tous les trilobites.

• Le Mésozoïque s’étend approximativement de 251 à 66 Ma, voit apparaître les dinosaures, les oiseaux et les mammifères, puis s’achève par la crise K/T qui sépare cette ère du Cénozoïque.

Compléments

• Le Cénozoïque comprend le Tertiaire, de 66 à 2,58 Ma, et le Quaternaire, de 2,58 Ma à aujourd’hui.

📖 2. Principes de datation relative

🔑 Notions clés & Définitions

• Discordance : Limite entre des couches formées à des périodes non successives, révélant une interruption de la sédimentation et/ou une forte érosion.

★ À maîtriser

• Selon le principe de continuité, les sédiments d’une même strate, déposés en couches horizontales, ont le même âge en tout point de cette strate.

• Selon le principe de superposition, une couche sédimentaire, une coulée de lave ou un dépôt pyroclastique inférieur est antérieur à la couche qui le recouvre, sauf inversion liée à un pli couché.

• Selon le principe de recoupement, une structure géologique qui en recoupe une autre, comme une faille, un pli, un filon ou une surface d’érosion, est plus jeune que la structure recoupée.

• Selon le principe d’inclusion, un objet géologique inclus dans une autre structure est plus ancien que celle-ci, sauf lorsqu’il s’agit d’un filon magmatique infiltré ou d’un métamorphisme, qui sont des événements postérieurs relevant du recoupement.

• Selon le principe d’identité paléontologique, deux couches géologiques éloignées sont du même âge si elles contiennent les mêmes fossiles stratigraphiques.

Compléments

• Les fossiles stratigraphiques doivent avoir existé durant une courte période, en abondance et sur une vaste zone géographique.

💡 Astuce mémo

Continuité, superposition, recoupement, inclusion, puis identité paléontologique : cinq repères pour ordonner les événements.

📖 3. Déformations et structures géologiques

★ À maîtriser

📌 Un synclinal est un pli concave dont les couches deviennent de plus en plus récentes vers le cœur après érosion, tandis qu’un anticlinal est un pli convexe dont les couches deviennent de plus en plus anciennes vers le cœur.

📌 Une faille normale accompagne une extension tectonique et l’affaissement gravitaire d’un bloc, tandis qu’une faille inverse accompagne une compression et la remontée d’un bloc contre la gravité.

Compléments

• La déformation cassante peut aussi former des failles listriques en régime extensif, des failles de chevauchement en régime compressif et des failles de décrochement en régime coulissant.

• Les horizons biostratigraphiques sont des couches sédimentaires définies précisément par une association unique de fossiles stratigraphiques ; la carrière de Vrines près de Thouars contient 27 horizons du Toarcien.

💡 Astuce mémo

Synclinal : couches de plus en plus récentes au cœur ; anticlinal : couches de plus en plus anciennes.

📖 4. Fondements de la radiochronologie

🔑 Notions clés & Définitions

• Demi-vie : Temps nécessaire pour que la moitié des éléments pères radioactifs se désintègre en éléments fils radiogéniques.
• Isotope : Forme d’un élément chimique qui diffère des autres formes par son nombre de neutrons.
• Constante de désintégration : Propre à chaque radio-isotope et correspondant à son nombre de désintégrations par unité de temps.
• Rapport isotopique : Proportion d’un isotope par rapport à un autre, notamment celle d’un isotope instable par rapport à un isotope stable.

★ À maîtriser

📌 La datation relative ordonne les événements et les roches les uns par rapport aux autres, tandis que la datation absolue estime un âge en années.

Compléments

• Un spectromètre de masse mesure les rapports isotopiques d’un échantillon.

💡 Astuce mémo

La désintégration du père produit le fils radiogénique, dont la proportion permet d’estimer le temps écoulé.

📖 5. Système fermé et isochrone

🔑 Notions clés & Définitions

• Système fermé : Roche ou minéral qui n’échange aucune matière avec l’environnement après sa fermeture, généralement lors de sa cristallisation ou de sa solidification.
• Droite isochrone : Droite reliant les rapports isotopiques de minéraux du même âge ; son coefficient directeur permet de retrouver l’âge écoulé depuis la fermeture du système.

★ À maîtriser

• 🔄 La datation radiochronologique d’une roche comprend : vérifier la fermeture du système, identifier les minéraux et les couples isotopiques à analyser, mesurer et reporter les rapports isotopiques pour tracer la droite isochrone, calculer l’âge à partir de la pente

📐 Formule - L’âge t depuis la fermeture du système se calcule à partir du coefficient directeur a et de la constante de désintégration λ selon $t = \frac{\ln(a+1)}{\lambda}$.

Compléments

📐 Formule - Le coefficient directeur de la droite isochrone est relié à l’âge par $a = e^{\lambda t}-1$.

• Dans l’équation de la droite isochrone y = ax + b, l’ordonnée à l’origine b représente le rapport initial des éléments fils présents à la fermeture du système.

💡 Astuce mémo

Fermer le système, mesurer les rapports, tracer l’isochrone, calculer l’âge.

📖 6. Couples isotopiques et applications

★ À maîtriser

📌 Dans le couple ⁸⁷Rb/⁸⁷Sr, le ⁸⁷Rb est l’isotope père radioactif et le ⁸⁷Sr est l’isotope fils radiogénique ; le ⁸⁶Sr sert d’isotope stable de référence pour les rapports mesurés.

Compléments

• Le ⁸⁷Rb peut se substituer au potassium dans l’orthose et la biotite, tandis que les isotopes ⁸⁷Sr et ⁸⁶Sr peuvent se substituer au calcium dans les plagioclases.

• La datation par ¹⁴C sert à dater des restes d’êtres vivants, à partir de la quantité initiale de ¹⁴C par gramme de carbone connue pour un organisme vivant.

• Pour la radiochronologie ⁴⁰K-⁴⁰Ar, l’argon volatil s’échappe des magmas avant leur cristallisation ; dans les minéraux riches en potassium, l’argon produit ensuite par désintégration est considéré comme largement supérieur à l’argon initial, donc F₀ = 0.

• La datation par le couple ⁸⁷Rb/⁸⁷Sr peut avoir une précision d’environ ± 10 Ma.

📊 Tableaux de synthèse

Principes de datation relative