Fiche de révision : Temps géologique et datation des roches

📋 Plan du Cours

1. Principes de datation relative
2. Discordances et chronologie de terrain
3. Datation relative à différentes échelles
4. Fossiles stratigraphiques et corrélations
5. Construction de l’échelle stratigraphique
6. Unités et limites des temps géologiques
7. Radiochronologie et décroissance radioactive
8. Choix des radiochronomètres

📖 1. Principes de datation relative

★ À maîtriser

• Le principe de superposition indique qu’en l’absence de remaniements tectoniques, une couche est plus récente que celle qu’elle recouvre et plus ancienne que celle qui la recouvre.

• Selon le principe de recoupement, un événement géologique qui recoupe ou déforme une structure est postérieur à cette structure.

• Selon le principe d’inclusion, tout objet géologique inclus dans une structure est plus ancien que la structure qui l’entoure.

• Le principe d’identité paléontologique établit que des couches contenant les mêmes fossiles stratigraphiques sont du même âge.

Compléments

📌 Le principe de continuité considère qu’une même strate est du même âge sur toute son étendue.

📖 2. Discordances et chronologie de terrain

🔑 Notions clés & Définitions

• Discordance : Dépôt d’une ou plusieurs couches sur des couches géologiques plus anciennes qui ne lui sont pas parallèles.

★ À maîtriser

• 🔄 La chronologie de Jard-sur-Mer comprend trois étapes :
  1. Déformation tectonique et métamorphisme des formations primaires en micaschistes
  2. Érosion des reliefs et remontée des micaschistes en surface
  3. Retour de la mer et dépôt des sédiments jurassiques

Compléments

• À Jard-sur-Mer, les galets anguleux de quartz et de micaschistes situés à la base des strates sédimentaires jurassiques témoignent du démantèlement des micaschistes et de leur antériorité par rapport aux sédiments.

💡 Astuce mémo

Déformation → érosion → sédimentation : l’histoire de la discordance de Jard-sur-Mer.

📖 3. Datation relative à différentes échelles

★ À maîtriser

• Au Mont-Dol, les schistes se mettent en place avant le granite, le métamorphisme des schistes est contemporain du granite, le filon de dolérite recoupe les deux unités, puis la tangue quaternaire les recouvre.

Compléments

• 🔄 La formation du conglomérat suit cet ordre :

  1. Érosion des roches sources
  2. Transport des galets
  3. Dépôt des galets
  4. Enfouissement et compactage
  5. Cimentation

• Dans la dolérite, les cristaux d’olivine, de plagioclase et d’oxydes fer-titane inclus dans les pyroxènes sont antérieurs à la cristallisation des pyroxènes.

• Dans le basalte de l’Etna, les phénocristaux se forment d’abord pendant un refroidissement lent en profondeur, puis la remontée du magma et son refroidissement rapide produisent les microlites et enfin le verre volcanique.

📖 4. Fossiles stratigraphiques et corrélations

🔑 Notions clés & Définitions

• Fossile stratigraphique : Reste ou empreinte d’un être vivant disparu, abondant, largement réparti géographiquement et ayant vécu pendant une période relativement courte à l’échelle géologique.
• Horizon bio-stratigraphique : Strate définie par une association unique de fossiles stratigraphiques et constituant le découpage temporel le plus fin en géologie.

★ À maîtriser

• Un bon fossile stratigraphique présente une durée d’existence courte, une grande abondance et une large répartition géographique.

📌 Une association de plusieurs fossiles stratigraphiques caractérise un intervalle de temps plus finement qu’un seul type de fossile et permet de corréler des formations éloignées.

Compléments

📌 Les nummulites sont de bons fossiles stratigraphiques grâce à leur extension verticale courte, leur abondance et leur répartition étendue, tandis que les milioles, présentes du Carbonifère à l’époque actuelle, sont moins adaptées à une datation précise.

• Les trilobites sont caractéristiques du Paléozoïque, qui s’étend d’environ 540 à 250 Ma.

💡 Astuce mémo

Les trois critères du fossile pilote : durée brève, abondance, répartition étendue.

📖 5. Construction de l’échelle stratigraphique

★ À maîtriser

📌 D’Orbigny définit des étages à partir d’affleurements présentant des faunes distinctes, tandis qu’Oppel caractérise des associations de fossiles observées dans une succession continue.

📌 Un stratotype d’unité décrit le contenu fossilifère d’un étage, alors qu’un stratotype de limite définit la frontière entre deux étages, souvent par l’apparition d’un ou plusieurs fossiles.

Compléments

• William Smith applique l’identification des strates par leurs fossiles et énonce en 1795 que chaque strate contient des traces des organismes qui vivaient lors de sa formation.

• En 1849, A. d’Orbigny crée l’étage Sinémurien à partir de 31 fossiles d’ammonites caractéristiques, sans définir de stratotype.

📌 Depuis les années 1980, les stratotypes de limite sont privilégiés pour préciser l’échelle stratigraphique, sans supprimer l’utilité complémentaire des stratotypes d’unité.

• Le stratotype de limite de la base du Sinémurien a été établi en 2000 à East Quantoxhead, en Angleterre, et la limite Hettangien-Sinémurien est repérée par l’apparition de Vermiceras quantoxense, Vermiceras palmeri et Metophioceras sp.

💡 Astuce mémo

Le stratotype d’unité décrit le contenu d’un étage ; le stratotype de limite repère sa frontière.

📖 6. Unités et limites des temps géologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Étage : Ensemble de strates compris entre deux coupures définies par la commission internationale de stratigraphie.

★ À maîtriser

• Les unités chronostratigraphiques, qui désignent des ensembles sédimentaires, correspondent respectivement aux unités géochronologiques suivantes : éonothème-éon, ératheme-ère, système-période, série-époque et étage-âge.

Compléments

• Les périodes sont délimitées à partir de critères orogéniques, pétrographiques et fossilifères, tandis que les étages sont principalement délimités à partir de données fossiles.

• Les ères géologiques ont des durées inégales : le Cénozoïque a duré 66 Ma, le Mésozoïque 185,2 Ma et le Paléozoïque 289,8 Ma.

📌 Le découpage de l’échelle stratigraphique résulte des choix et des connaissances disponibles lors de son élaboration et peut être actualisé par de nouvelles découvertes.

💡 Astuce mémo

Étage → série → système → ératheme → éonothème.

📖 7. Radiochronologie et décroissance radioactive

🔑 Notions clés & Définitions

• Radiochronologie : Méthodes de datation d’objets géologiques utilisant des éléments radioactifs.
• Demi-vie : Durée nécessaire pour que la quantité d’isotopes pères radioactifs soit divisée par deux.

★ À maîtriser

• Un isotope père radioactif instable se désintègre spontanément en un isotope fils radiogénique stable, dans un processus continu et irréversible.

📐 Formule - La décroissance d’un isotope père suit la relation $N = N_0 \cdot e^{-\lambda t}$, où $\lambda$ est la constante de désintégration du couple isotopique.

Compléments

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

• La demi-vie du couple ⁸⁷Rb/⁸⁷Sr est de 48,8·10⁹ ans.

💡 Astuce mémo

Désintégration du père → accumulation du fils → estimation du temps écoulé.

📖 8. Choix des radiochronomètres

★ À maîtriser

• La datation radiométrique exige un système fermé après sa fermeture, sans échange avec l’environnement, laquelle correspond notamment à la cristallisation totale d’un magma ou à la mort d’un organisme.

• Le choix d’un radiochronomètre dépend de la nature de l’échantillon et de l’âge supposé de l’objet, estimé notamment par chronologie relative.

• L’âge calculé doit être compris entre environ un centième et dix fois la demi-vie de l’isotope radioactif, car au-delà la quantité d’isotopes pères devient trop faible pour être mesurée.

Compléments

• Pour dater un objet âgé de quelques milliers d’années, le cours recommande le couple ¹⁴C/¹⁴N.

• Pour dater quelques millions d’années, les chronomètres proposés sont :

  • ²³⁸U/²⁰⁶Pb
  • ⁴⁰K/⁴⁰Ar
  • ⁴⁰Ar/³⁹Ar
  • ⁸⁷Rb/⁸⁷Sr

• Pour un âge supposé de plusieurs milliards d’années, le cours recommande le couple ¹⁴⁷Sm/¹⁴³Nd.

💡 Astuce mémo

Une demi-vie longue date des objets anciens ; une demi-vie courte convient aux objets récents.

📊 Tableaux de synthèse

Correspondance des unités géologiques