LARRIEUX
T S1
Maxence
S.V.T
LA MESURE DU TEMPS EN GEOLOGIE :
LA DATATION DU GRANITE :
Sujet : Lors d’une étude régionale, un géologue souhaite déterminer l’âge d’un granite
présent à l’affleurement, recoupant des formations sédimentaires contenant des fossiles.
Indiquez les différentes méthodes qui lui permettront de dater ce granité.
Expliquez avec précision les arguments sur lesquels il fondera ces datations et exposez le
principe de chacune de ces méthodes.
Précisez en quoi ces différentes méthodes peuvent être complémentaires.
Lors d’une étude régionale, un géologue souhaite déterminer l’âge d’un granite (roche
magmatique : plutonique à structure grenue) présent à l’affleurement, recoupant des
formations sédimentaires contenant des fossiles.
La compréhension de plus en plus précise des phénomènes biologiques et géologiques à
amener l’Homme à une prise de conscience de la dimension temporelle dans l’Histoire
de la Terre et de la vie. Les géologues utilisent la datation relative et absolue pour dater
des évènements dont l’âge et la durée sont sans commune mesure avec la durée d’une vie
Humaine.
La datation d’événement géologique et de leurs durées a commencé historiquement par
une lecture des traces inscrites dans les roches. Les géologues ont pu ainsi reconstituer
un ordre de succession en datant les événements les uns par rapport aux autres. Ce n’est
que beaucoup plus récemment que cette datation relative a pu être calibrée dans le
temps par une datation absolue. Dates et durées sont alors devenues mesurables et les
valeurs obtenues ont montré l’immensité des temps géologique par rapport à nos
références temporelles habituelles (minutes, vie Humaine, …).
Pb : Quels sont les différentes méthodes de datation ? Sur quoi sont-elles fondées ? En
quoi sont-elles complémentaire ?
I.La datation relative :
Cette datation consiste à établir l’ordre de mise en place de formations géologiques. Un
certain nombre de principes sont systématiquement mis en application au cours d'une telle
démarche.
A)Les principes de la datation relative :
a))Le principe de superposition :
Il concerne les structures géologiques qui se forment par dépôts successifs : roches
sédimentaires et produits volcaniques (coulées de laves et dépôts de cendre). Dans une telle
série, une couche quelconque est plus récente que la couche qu’elle recouvre et plus
ancienne que celle située au-dessus.
Cette règle est très simple à utiliser dans une région stable. EN revanche, quand des
déformations comme des plis ou des failles ont modifié profondément l’aspect des terrains,
il faut s’appuyer sur d’autres principes.
b))Le principe de continuité :
Si, en des endroits éloignés, deux couches présentent les mêmes indicateurs, elles seront
considérées comme ayant le même âge. Les indicateurs peuvent êtres, par exemple, des
niveaux encadrant la couche. Ce principe s’applique, même si, d’un affleurement à l’autre, la
nature de la roche sédimentaire varie.
Par exemple : des couches de cendres volcaniques présentes dans une région peuvent être
facilement suivies. Elles seront considérées comme ayant le même âge sur toute leur
étendue et le principe de continuité pourra également s’appliquer aux roches sédimentaires
qu’elles encadrent.
c))Le principe de recoupement :
Ce principe s’applique dans le cas où des structures géologiques se recoupent. La roche ou
l’évènement qui en recoupe un autre est considéré comme plus récent.
C’est le cas par exemple pour des intrusions de granite ou de roches volcaniques qui
recoupent des terrains plus anciens. Ce principe permet également de dater des événements
comme des plis ou des failles qui seront plus récent que les roches affectées.
Enfin, on peut appliquer ce principe à l’échelle de la lame mince : un minéral qui en recoupe
un autre a forcément cristallisé en dernier. IL est également possible de trouver des
inclusions de cristaux anciens dans une matrice plus récente ; c’est l’exemple des inclusions
de zircon dans des biotites ou des enclaves de péridotites.
Les événements qui affectent une région peuvent la déformer et modifier la disposition
géométrique des strates. On pourra alors avoir une discordance angulaire entres deux séries
sédimentaires : les joints de stratification des deux séries ne sont pas parallèles entres eux.
Cette discordance indique un arrêt de la sédimentation, une déformation due à un
évènement tectonique, généralement une phase d’érosion suivie d’une reprise des dépôts.
L’application des principes de superposition et de recoupement permet de dater cette
discordance : elle est postérieur à la dernière couche observable au-dessous et antérieur à
celle situé au-dessus.
d))Le principe d’identité paléontologique
Certaines espèces fossiles ont vécu pendant des périodes relativement brèves et dans des
zones très étendues géographiquement, ce sont de bons fossiles stratigraphiques. Une
couche contenant ce fossile est contemporaine de la période où cette espèce fossile existait
sur Terre.
IL est donc possible de comparer des couches très distantes : si elles présentent le même
contenu paléontologique, elles auront le même âge.
B)L’échelle stratigraphique de référence :
A l’échelle d’une région, une chronologie des évènements peut être établie en utilisant les
différents principes de datation relative. Les recoupements réalisés à l’échelle du globe
permettent d’établir un calendrier de référence couvrant l’histoire de notre planète. Ce
calendrier est l’échelle stratigraphique internationale des temps géologiques. Ses subdivisions
(ères, périodes, …) ont été définies bien avant de connaître leurs durées exactes.
II. La datation absolue :
A) Le principe des méthode de datation absolue :
a) La décroissance radioactive :
Pour obtenir l'âge d'un phénomène, d'une roche, d'un minéral et exceptionnellement d'un
fossile, on utilise une méthode s'appuyant sur la décroissance radioactive d'isotopes de
certains éléments chimiques.
En effet cette méthode repose sur la présence, en très faible quantité, d'éléments radioactifs
dans les minéraux constituants une roche à dater.
Elément père (radioactif) se désintègre élément fils (stable) + émission d'un rayonnement
La désintégration de tout élément radioactif constitue une véritable « horloge » car elle se fait
en suivant une loi mathématique immuable de décroissance exponentielle en fonction du
temps : quelle que soit la quantité d'élément père présente au départ, il faut toujours le même
temps pour que cette quantité soit réduite de moitié par désintégration.
Cette durée caractéristique d'un élément est sa période radioactive (T) ou demi-vie.
La date que l'on cherche est celle qui correspond au moment où les isotopes de l'échantillon
utilisé ont été confinés : aucun constituant n'a pu quitter l'échantillon et aucun des
constituants extérieurs n'a pu y entrer. A partir de cette date les éléments chimiques ont évolué
spontanément en suivant les lois physiques de désintégration sans interaction avec le milieu.
On parle de système fermé. Par exemple, on désigne par « fermeture » le moment où les
échanges d'éléments chimiques entre les minéraux de la roche cessent.
La date trouvée est donc celle de la fermeture du système.
La chronologie absolue est fondée sur la décroissance radioactive de certains éléments
chimiques : elle exploite la relation qui existe entre rapports isotopiques et durée écoulée
depuis la “ fermeture du système ” contenant les isotopes.
b) On date la fermeture d’un système :
Si l’échantillon à dater échange des éléments père et fils avec l’extérieur, leur quantité ne
dépendra pas uniquement de la décroissance radioactive. La datation d’un système ouvert
n’aura donc aucune signification.
On ne peut donc dater que les systèmes fermés dans lesquels les isotopes se sont retrouvés
piégés. L’âge obtenu sera celui de la fermeture de ce système, c’est-à-dire l’arrêt des
échanges. Cette fermeture peut correspondre à un magma qui cristallise, les isotopes
radioactifs étant alors piégés dans les réseaux cristallins dont le carbone n’est plus renouvelé.
B) Le choix de la méthode à utiliser :
Dans les roches magmatiques et métamorphiques, la fermeture du système est due à
l'abaissement de la température en deçà d'un certain seuil qui correspond à la cristallisation
des minéraux.
En général les roches sédimentaires ne sont jamais des systèmes fermés. Sauf cas particuliers
comme le 14 C, la radiochronologie ne permet pas de dater les roches sédimentaires.
Une fois le système fermé, la quantité d'isotope susceptible de se désintégrer diminue. La
datation n'est valide que si l'on mesure des durées allant du centième à dix fois la période de
l'isotope choisi.
Les radio-chronomètres sont choisis en fonction de la période de temps que l'on cherche à
explorer.
Si les fossiles sont récents on peut les dater grâce au carbone 14, mais cette datation absolue
est impossible au-delà de 50 000 ans. En revanche il existe d’autres méthodes de datation
absolue grâce à d’autres isotopes radioactifs :
La méthode Rubidium – Strontium est bien adaptée aux roches magmatiques dont la
formation remonte à des centaines de millions d’années. En effet Certains minéraux du
granite ont incorporé lors de leur formation, du rubidium 87Rb ainsi que du strontium 87Sr et
86
Sr. Au cours du temps, la quantité de strontium (87Sr) augmente. Elle provient de la
désintégration du rubidium 87Rb. Un spectromètre de masse a mesuré dans les minéraux du
granite les nombres d'atomes (N) de 87Sr, 86Sr et 87Rb. Les résultats sont exprimés sous la
forme d'un rapport isotopique. Le taux de strontium actuel correspond à:
Dans le cas présent le granite que nous voulons dater se trouve à l’affleurement donc il
semblerait qu’il soit produit d’une activité volcanique récente, dans ce cas la méthode
potassium/argon sera la plus adaptée :
La quantité initiale lors de la fermeture du système est négligeable. La contamination par
l'argon de l'atmosphère rend difficile la détection de l'argon issu de la désintégration du
potassium avant que la roche ait atteint un certain âge.
Conclusion : Le couplage des deux méthodes de datation :
Après une datation par chronologie relative des fossiles permettent de définir une période de
temps, il est possible d’effectuer une datation absolue avec la méthode potassium/argon ou
rubidium/strontium suivant la chronologie relative définis précédemment.
La datation relative fournit un moyen efficace d'ordonner dans le temps une succession
d'objets ou d'événements. Cette méthode dans certaines circonstances favorables (grande
richesse en fossiles stratigraphiques et taux de sédimentation élevé) peut permettre un
repérage d'une grande finesse mais ne donne pas l'âge d'un événement. Il est donc impossible
par cette approche de chiffrer (en millions d'années) l'âge d'un phénomène, ou d'aborder
directement la durée des phénomènes observés.
La chronologie absolue, en donnant accès à l'âge des roches et des fossiles, permet de mesurer
les durées des phénomènes géologiques. Elle permet aussi de situer dans le temps l'échelle
relative des temps géologiques.
Schéma Bilan p175 :
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