LES MESURES DU TEMPS EN GEOLOGIE

1ère partie de l’épreuve
Dossier.
LES MESURES DU TEMPS EN GEOLOGIE
LES MESURES DU TEMPS EN GEOLOGIE
Niveau : Terminale S
Extrait du programme :
Documents :
Document 1 :
Données géochimiques des isotopes du
Rubidium et du Strontium du granite de St
Sylvestre.
Document 2 :
Extrait de l’échelle des temps géologiques
(Geological society of America) pour les ères
secondaire et tertiaire.
Document 3 :
Paléogréographie simplifiée du Bassin
Subalpin au Mésozoïque et localisation de la
coupe
d’Angles
(haut).
Echelle
biostratigraphique : lithologie et répartition
des principales espèces d’Ammonites du
Valanginien – Hautérivien basal de la coupe
d’Angles (bas)
Document 4 – support concret :
Description de l’affleurement (Patagonie –
frontière Chili- Argentine). (A) vue
panormique et localisation de la colline du
Cerro Plomo. La position des échantillons est
donnée sur une coupe géologique E-W du
Cerro Plomo et les photos correspondantes
sont indiquées par des flèches : (B) Les
coulées de lave sommitales du Cerro Plomo ;
(C) vue générale de la bordure ouest du Cerro
Plomo ; (D) les niveaux conglomératiques et
les chenaux typiques du dépôt de la molasse ;
(E) bloc de lave LA-06-07 inclus dans la
molasse du Cerro Plomo.
Les datations ont été obtenues par la méthode
Ar/Ar, qui est un dérivé de la méthode K/Ar.
Document 1 :
Données géochimiques des isotopes du Rubidium et du Strontium du granite de St Sylvestre.
= 1.42 x 10-11 an-1 et T1/2 = 48.8Ga.
Document 1 : interprétations
Interprétation scientifique (niveau Master)
Analyses Rb/Sr en vue de calculer un âge absolu :
et - 1 = 0,71171. Donc t = (ordre de grandeur : 300 Ma).
Didactisation du document et utilisation en classe de TS
Programme de TS : « On utilise aussi le couple rubidium-strontium (Rb-Sr). Pour trouver
l’âge d’une roche il est alors nécessaire de mesurer les rapports isotopiques de plusieurs
minéraux de la même roche ayant cristallisé au même moment (les quantités initiales des
éléments et le moment de la fermeture du système étant inconnus). »
Ce genre d’exercice est à proposer dans le cadre d’un support d’activité dans le cadre du
programme de Terminale S.
Document 2 :
Extrait de l’échelle des temps géologiques (Geological society of America) pour les ères
secondaire et tertiaire.
Document 2 : interprétations
Interprétation scientifique (niveau Master)
L'établissement de l'échelle des temps géologiques résulte du travail des géologues depuis
près de deux siècles. La division de base de cette échelle est l'étage ou l'âge, défini par un
affleurement type qui sert en quelque sorte d'étalon et que l'on nomme stratotype. Le nom de
l'étage est le plus souvent dérivé de celui de la région/localité dans laquelle est situé le stratotype
(ex: Oxfordien, Maastrichtien, Lutétien…). Plusieurs étages/âges forment une série ou une
époque (ex: Lias, Crétacé supérieur, Eocène…). Plusieurs séries/époques forment un système ou
période (ex: Carbonifère, Jurassique, Paléogène…). Plusieurs systèmes/périodes forment un
érathème ou ère (ex: Paléozoïque ou Primaire, Cénozoïque ou Tertiaire…).
Plusieurs informations regroupées dans un même document, sur les différentes manières
de mesurer le temps en géologie :
- information biostratigraphiques = chronologie relative : étages sont définis par un
assemblage fossilifère particulier (cf. document 3) contenus dans un stratotype
- histoire de la vie = chronologie relative : les grandes limites (ères et périodes) sont
définies par les crises biologiques (ex. Permien/ Trias, K/T…)
- informations magnétostratigraphiques = chronologie relative : inversions du champ
magnétique indiquées par les bandes noires/ blanches
- chronologie absolue : âges des différentes limites sont dates par radiochronologie
synthèse : schémas de construction de l’échelle des temps géologiques INTEGREE.
Utilisation : replacer l’exemple du document 3 (Valanginien –Hautérivien 130-140
Ma)
L'axe du champ géomagnétique est approximativement aligné avec l'axe de rotation de la
Terre et il a la forme d'un dipôle, analogue au champ d'un barreau aimanté avec ses pôles
nord et sud. C'est la situation actuelle (polarité normale = bande noire), mais parfois le
champ magnétique inverse sa polarité, les pôles nord et sud échangent leur position, et le
champ pointe en direction opposée (polarité inverse = bande blanche). On désigne ce
phénomène, par «inversion du champ magnétique». Des inversions magnétiques remontant
jusqu'au Paléozoïque ont été documentées (en moyenne une tous les 700 000 ans environ;
l'intervalle entre deux inversions n'étant pas constant).
Nos connaissances des inversions sont tirées de certains types de roches dans lesquelles
la direction du champ magnétique est figée (cfre minéraux ferromagnésiens). Lors de leur
refroidissement (en profondeur ou à la surface) les roches magmatiques acquièrent une
aimantation parallèle aux lignes du champ magnétique ambiant Si, à l'instar de la lave, la
roche refroidit rapidement, elle préservera un instantané de l'état du champ magnétique. Si
elle refroidit lentement, comme c'est le cas des roches plutoniques, elle contiendra un
mélange d'informations sur le champ magnétique sur une période beaucoup plus longue.
L'aimantation des roches sédimentaires se fait petit à petit, alors que chaque particule de
sédiment s'aligne dans la direction du champ magnétique au moment où elle se dépose.
Les bandes noires et blanches de l'échelle des temps géologiques correspondent donc à
des périodes pendant lesquelles la polarité était normale et inverse, respectivement. L'échelle
des polarités magnétiques est bien contrainte du Jurassique supérieur à l'Actuel, parce qu'on
peut mesurer les polarités sur les basaltes des fonds océaniques dans cet intervalle, et faire
des datations absolues sur ces même basaltes.
Document 3
Paléogréographie simplifiée du Bassin Subalpin au Mésozoïque et localisation de la coupe
d’Angles (haut). Echelle biostratigraphique : lithologie et répartition des principales espèces
d’Ammonites du Valanginien – Hautérivien basal de la coupe d’Angles (bas)
Document 3 : interprétations
Interprétation scientifique (niveau Master)
Les espèces appartenant aux Bochianitidae, Phylloceratidae, Lytocertidae et Haploceratidae
ont le plus souvent une extension verticale importante, ce qui traduit une évolution
relativement lente au sein de ces familles (document B). Par contre, chez les Neocomitidae et
les Olcostephanidae, l'extension verticale des espèces est généralement plus courte, ce qui
témoigne d'une évolution relativement rapide au sein de ces familles. Les Neocomitidae et les
Olcostephanidae, bien représentés et évoluant rapidement, constituent donc un matériel de
choix pour l'établissement d'une zonation précise.
Conclusion : 5ème principe : l’identité paléontologique. Permet de définir des étages,
qui sont la base de l’échelle des temps géologiques.
Corrélations : comparaison avec le document 2 = replacer dans l’échelle des temps
géologiques => Valanginien –Hautérivien = Crétacé inf. = 130-140 Ma
Comment a-t-on daté de façon absolue ? trouver un niveau de cendres, une coulée de
lave ?
Didactisation du document et utilisation en classe de TS
Programme de TS : « identité paléontologique »
Le détail des espèces est par contre hors programme. Prendre ce document comme support
d’activité pour définir le notion d’identité paléontologique sans insister sur les différentes
espèces.
Document 4 – support concret.
Description de l’affleurement (Patagonie – frontière Chili- Argentine). (A) vue panormique et
localisation de la colline du Cerro Plomo. La position des échantillons est donnée sur une
coupe géologique E-W du Cerro Plomo et les photos correspondantes sont indiquées par des
flèches : (B) Les coulées de lave sommitales du Cerro Plomo ; (C) vue générale de la bordure
ouest du Cerro Plomo ; (D) les niveaux conglomératiques et les chenaux typiques du dépôt de
la molasse ; (E) bloc de lave LA-06-07 inclus dans la molasse du Cerro Plomo.
Les datations ont été obtenues par la méthode Ar/Ar, qui est un dérivé de la méthode K/Ar.
Document 4 – support concret (suite) :
Photographie en microcopie optique de l’échantillon LA-06-07.
NB : les autres échantillons présentent une minéralogique identique)
Lumière Naturelle
Lumière Polarisée Analysée
Document 4 : interprétations
Document qui permet d’appliquer les principes de chronologie absolue et relative sur un seul
exemple :
Chronologie relative :
1- formation des laves PA-06-05/06/07
2- érosion des coulées
3- dépôt de la molasse sous forme de chenaux fluviatiles au fond desquels on trouve de
conglomérats (avec les blocs de laves).
NB : les événements 1, 2 et 3 peuvent être ± contemporains, et c’est sans doute le cas dans
l’exemple traité…
4- dépôt de la coulée PA-06-10
5- dépôt de la coulée PA-06-11
6- (érosion différentielle : si le cerro plomo est une colline actuellement, c’est parce que
les coulées sommitales l’ont préservé de l’érosion).
Chronologie absolue :
Les sédiments (molasse) sont en général difficiles à dater. Les éléments datés dans cet
exemple sont donc les laves.
Analyse des laves (exemple LA-06-07) :
- présence d’amphiboles = hornblende brune (angles 120°, pléochroïsme)
= minéraux hydratés = fusion partielle en présence d’eau
- beaucoup de feldspaths plagioclases avec des belles zonations de croissance
= cristallisation fractionnée avec variations de la chimie du milieu
- beaucoup de minéraux et verre pas complètement noir en LPNA.
= sans doute lave ± différenciée (basalte à andésite)
lave calco-alcaline un peu différenciée
Le choix de la méthode de datation absolue dépend de :
- la chimie/ minéralogie de la roche (on n’utilise pas la méthode U/Pb sur une roche qui
ne contient pas d’Uranium par exemple)
- la température de fermeture du système minéralogique (ex. refroidissement d’un
granite)
- le coût/ temps d’analyse…
Ici, les auteurs ont choisi la méthode Ar/Ar (ou K/Ar) : pourquoi ?
basaltes riches en K2O (quelques %) ; de plus, plagioclases contiennent un peu de K.
Par contre, par d’Ar à l’origine = Ar mesuré est radiogénique.
basaltes contiennent aussi du Rb mais aussi du Sr non radiogénique
température de fermeture : pas de pb ici car les laves sont refroidies instantanément à
l’échelle des temps géologiques
Bilan: chronologie absolue & relative sont en accord
- magmatisme CA entre 17 et 16 Ma
- érosion et dépôt de la molasse entre 16M et 14.5 Ma
- reprise du magmatisme CA de 14.5 à 12.4 Ma
NB : en fait, tout s’est un peu passé en même temps. Magmatisme CA lié à de la tectonique
qui à créé les bassins molassiques…