Fiche de révision : Temps géologique et datation des roches

📋 Plan du Cours

1. Principes de chronologie relative
2. Fossiles et corrélations stratigraphiques
3. Principes de radiochronologie
4. Datation rubidium-strontium
5. Datations potassium-argon et uranium-plomb
6. Construction de l’échelle géologique

📖 1. Principes de chronologie relative

★ À maîtriser

• Le principe de superposition affirme que les couches sédimentaires et les coulées de lave se déposent horizontalement et que les couches du dessous sont plus anciennes que celles du dessus, sauf si des déformations tectoniques ont inversé l’ordre.

• Le principe de recoupement affirme que toute formation géologique qui en recoupe une autre, comme une faille, un pli, un filon ou une érosion, est plus récente que la formation recoupée.

• Le principe d’inclusion affirme que tout objet, comme une roche, un minéral ou un fossile, inclus dans une roche est plus ancien que la roche qui l’englobe.

Compléments

• Les relations de superposition, de recoupement et d’inclusion permettent de reconstituer la chronologie relative de structures ou d’événements géologiques à différentes échelles, du paysage au minéral.

💡 Astuce mémo

SRI : superposition, recoupement, inclusion

📖 2. Fossiles et corrélations stratigraphiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Principe d’identité paléontologique : Stipule que deux roches possédant les mêmes associations de fossiles stratigraphiques sont du même âge.
• Foraminifères : Organismes animaux unicellulaires apparus au Cambrien inférieur, il y a 540 Ma, et surtout développés à partir du Trias.

★ À maîtriser

• Un fossile stratigraphique se caractérise par: une évolution rapide, une grande extension géographique, une courte durée d’existence à l’échelle des temps géologiques

Compléments

• Les foraminifères possèdent un test minéral formé d’une ou plusieurs loges reliées par des foramens, d’où sortent des pseudopodes permettant la préhension, l’alimentation et le déplacement.

• Les foraminifères mesurent généralement de 38 µm à 1 mm et peuvent avoir un mode de vie benthique sur le fond marin ou planctonique en suspension dans la colonne d’eau.

💡 Astuce mémo

Évolution rapide + grande extension → corrélation des roches éloignées

📖 3. Principes de radiochronologie

🔑 Notions clés & Définitions

• Radiochronologie : Date les roches et les événements géologiques en utilisant la désintégration radioactive d’un élément père instable en élément fils.

★ À maîtriser

📐 Formule — La demi-vie radioactive vérifie $T = \frac{\ln 2}{\lambda}$, où $\lambda$ est la constante de désintégration.

📐 Formule — La décroissance du nombre de noyaux pères suit $P = P_0 e^{-\lambda t}$, et le temps écoulé depuis la formation de l’échantillon vérifie $t = \frac{1}{\lambda}\ln\left(\frac{P_0}{P}\right)$.

Compléments

📌 Pour dater un événement, la période de l’isotope radioactif doit être compatible avec l’âge supposé de l’objet, entre 1/100 T et 10 T.

• L’âge radiochronologique correspond à l’arrêt de tout échange entre le système et son environnement, appelé fermeture du système, par exemple lors de la mort d’un organisme ou de la cristallisation d’un minéral.

💡 Astuce mémo

Désintégration radioactive → mesure du temps écoulé

📖 4. Datation rubidium-strontium

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour le couple rubidium-strontium, la relation d’une droite isochrone est $\frac{^{87}Sr}{^{86}Sr}=\frac{^{87}Sr_0}{^{86}Sr}+\frac{^{87}Rb}{^{86}Sr}(e^{\lambda t}-1)$, et l’âge est $t=\frac{\ln(a+1)}{\lambda}$.

• La datation rubidium-strontium utilise plusieurs minéraux d’une même roche, dont le rapport initial 87Sr/86Sr est identique mais dont le rapport initial 87Rb/86Sr varie.

Compléments

• Le rubidium est présent dans les roches magmatiques et métamorphiques, et le spectrographe de masse mesure les rapports isotopiques 87Rb/86Sr et 87Sr/86Sr.

💡 Astuce mémo

Une droite isochrone relie les minéraux d’une même roche

📖 5. Datations potassium-argon et uranium-plomb

★ À maîtriser

• Dans le couple potassium-argon, 40K se désintègre en 40Ar et 40Ca, et le potassium est abondant dans certains minéraux comme les feldspaths et les micas.

• Dans le couple uranium-plomb, 238U produit 206Pb et 235U produit 207Pb, tandis que l’uranium est présent dans le zircon, minéral très résistant des roches métamorphiques très anciennes.

Compléments

• Pour le potassium 40, la constante de désintégration vaut 5,81 × 10⁻¹¹ an⁻¹, et l’argon étant un gaz qui s’échappe, on considère que tout l’argon présent provient de la désintégration du potassium.

• Les deux radiochronomètres uranium-plomb sont utilisés conjointement parce que leurs constantes de désintégration sont différentes, ce qui permet de construire une courbe Concordia.

💡 Astuce mémo

K/Ar utilise un gaz qui s’échappe, U/Pb utilise deux chronomètres concordants

📖 6. Construction de l’échelle géologique

🔑 Notions clés & Définitions

• Stratotype : Affleurement de référence dont les dépôts définissent un étage géologique et lui donnent généralement son nom.

★ À maîtriser

📌 Les apparitions et disparitions de groupes ou d’espèces fossiles permettent de placer les limites entre les grands intervalles des temps géologiques.

• La complémentarité de la chronologie relative et de la datation absolue permet d’établir les limites des temps géologiques et de construire l’échelle stratigraphique.

Compléments

• À la fin du XIXe siècle, les géologues ont établi un découpage des temps géologiques en étages caractérisés par la nature des roches et leur contenu fossilifère.

💡 Astuce mémo

Roche et fossiles → stratotype → étage → période → ère

📊 Tableaux de synthèse

Chronologies relative et absolue