3ème Partie : Mesure du temps en géologie

3ème Partie : Mesure du temps en géologie
Datation relative et absolue
Les roches métamorphiques proviennent de la transformation à l’état solide sous l’effet de
modification de la température et/ou de la pression de roches pré-éxistences. Le granite donne du
gneiss. Les roches sédimentaires donnent des schistes et du marbre. Le gabbro et le basalte
donnent du méta gabbro et des méta basaltes et l’éclogiste.
La datation relative permet d’établir une chronologie de la mise en place de structure :
 Des strates ou séries sédimentaires
 Des coulées de laves
 Des plis
 Des failles
 Des minéraux
La datation relative permet donc d’établir une chronologie des événements géologiques qui se
sont déraillé dans une région comme :
-la sédimentation
-avancée de la mer (transgression)
-retrait de la mer (régression)
-érosion
-intrusion de Pluton granitique
-orogenèse (formation des chaînes de montagnes)
1. Les principes de la datation relative
1.1Principe de superposition
Quand les couches sédimentaires sont restées horizontales, celles du dessous sont plus
anciennes que celles qui la recouvrent.
1.2Principe de continuité
Une couche caractérisée par son faciès et par les couches repères qui l’encadrent au même
âge en tout points mêmes très éloignés géographiquement. (cf. au TP10 pour la définition).
1.3Principê de recoupement
Un élément qui en recoupe un autre est plus jeune que celui qu’il recoupe.
a)Injection de roches magmatiques ou de roches salines
 Pluton granitique
Il est plus jeune que les roches qu’il recoupe. Elles ont été métamorphisées à son contact
(augmentation de la T°). On observe autour du pluton une auréole de métamorphisme.
 Filon volcanique
b) Déformations
Les événements tectoniques sont plus récents que les roches déformées.
-Les plis sont des déformations souples qui accompagnent la formation des chaînes de
montagnes ; leur mise en place est très lente.
-Les failles sont des déformations cassantes qui accompagnent l’orogenèse, les séismes.
c) Discordance angulaire (cf. doc2)
Elle témoigne d’une interruption de la sédimentation avec ou sans déformation, avec ou sans
érosion, suivi d’un deuxième sédimentaire.
d) Inclusion
Un élément inclut dans un autre est plus ancien que celui qui l’entoure.
e) Regroupement à l’échelle minéralogique (lame mince)
Un minéral qui en regroupe un autre a cristallisé en dernier. Un minéral inclut dans un autre
est plus ancien que celui qui l’entoure.
1.4Principe d’identité paléontologique (TP10)
Certains fossiles correspondent à des espèces qui ont vécu pendant une période relativement
brève, mais dans des zones très étendues géographiquement. Ces fossiles
stratigraphiquement ont le même âge.
 La datation relative a permit d’établir l’échelle stratigraphique des temps géologiques,
elle divise le temps en unité facilement observable dans les roches. L’étage est la
division de base il est défini par ses caractéristiques lithologiques (roches) et
paléontologiques (fossile), il porte le nom de lieu où il a été décrit. Le système
regroupe plusieurs étages.
Evenements chronologiques du plus ancien au plus récent :
1) Mise en place de la série sédimentaire A (les couches sont superposées)
2) Plissement de la série A
3) Intrusion du Pluton granitique (le Pluton granitique remonte et coupe la série A
plissée et détruit les roches autour de lui, et comme il est chaud, il laisse
autour des roches près de lui des auréoles cornéennes métamorphiques)
4) Mise en place de la surface d’érosion, affleurement du granite
5) Formation de la série sédimentaire B (superposées)
6) Formation d’une faille, elle recoupe la série A, la série B, et la surface
d’érosion
7) Volcan+coulée de lave (plus récente car elle recouvre la faille)
2. Datation absolue
La datation absolue permet de déterminer l’âge des roches et des fossiles, elle
permet de mesurer la durée des phénomènes géologiques, elle a permis de situer dans
le temps, l’échelle stratigraphique. La méthode de datation absolue, la plus utilisée en
géologie est la radiochronologie, cette méthode est fondée sur l’étude des éléments
radioactifs, des roches, des minéraux de ces roches, et des fossiles, ces éléments
radioactifs ont été incorporés au moment de la formation de la roche.
2.1Les isotopes radioactifs (rappels)
L’isotope radioactif d’un élément est qualifié d’élément père (P) il se désintègre
spontanément en donnant un autre élément l’élément fils (F) stable, cette
désintégration s’accompagne de l’émission de particules riches en énergie β, α et γ
(bêta, alpha et gamma). Comme les deux éléments présentent une légère différence
de masse, on peut les identifier avec le spectrophotomètre de masse (cf. livre p.169)
La proportion d’atomes radioactifs qui se désintègrent par unité de temps, est
constante, elle est appelée constante radioactive (λ) elle est spécifique pour chaque
couple d’isotope. La période ou demi-vie (T) de l’élément radioactif est le temps au
bout de laquelle la quantité d’élément radioactif est divisée par2, elle s’exprimera en
fonction de λ et est caractéristique de chaque couple.
2.2Le principe de radiochronologie
a) méthode de calcul
On mesure au spectrophotomètre de masse, le nombre d’éléments pères (P) et/ou le
nombre d’éléments fils (F). On applique la formule de la loi de la décroissance
radioactive : N( t )  N 0  e t (N(t) est le nombre de noyaux à l’instant correspondant à
l’âge de la roche et No correspond au nombre de noyaux à l’instant t.
b) Le temps 0
Le temps 0 est celui où la roche ou le minéral ou le fossile n’échange plus ni
d’éléments radioactifs ni d’éléments radiogéniques.
L’arrêt des échanges est appelé fermeture du système. Une roche ou un minéral ou un
fossile forment un système clos. La fermeture du système fixe les valeurs initiales
No des éléments fils, des éléments pères. L a fermeture du système a lieue :
 Quand une lave se solidifie, se refroidit immédiatement. Le basalte :
refroidissement brutal. Le granite ou le graniodiorite : dure des millions
d’années.
 A la mort de l’être vivant (bois, os et coquille)
 Quand une eau océanique s’enfonce profondément
 Quand des bulles d’air sont emprisonnées dans la glace
Les roches sédimentaires ne peuvent pas être datés par radiochronologie.
c) Le choix des isotopes
 Le rubidium 87 est présent dans la biodite muscovite, ainsi que dans les
feldspaths, on va s’en servir pour dater le granite.
 Le potassium 40 est présent dans le pyroxène et l’amphibole, on va pouvoir
dater le basalte et le gabbro.
 Le carbone 14 afin de dater le bois, les os, les coquilles et les laves récentes.
Sa période doit être adaptée à son âge présumé. On mesure la quantité d’atomes
étudiés dans l’échantillon adapté avec le spectromètre de masse, on mesure aussi des
rapports entre deux isotopes. Pour pouvoir calculer t il faut déterminer la valeur des
quantités initiales d’élément Père et d’élément fils inaccessible à la mesure directe.
2.3Les quantités d’isotopes sont connues 14C
On considère que le rapport 14C/12C est resté dans l’atmosphère constant au cours
des temps géologiques. Cette proportion se retrouve chez tous les être vivants qui
échangent du C02 avec l’atmosphère.
A la mort de l’individu, le système se forme et l’incorporation du carbone 14 cesse. La
teneur en 14C diminue et le rapport 14C/12C diminue progressivement. Ce chronomètre
est caractérisé par :
 Une utilisation simple car la quantité d’isotope père initial est connu, la
quantité d’isotope résiduelle de l’échantillon est mesurable.
 L’âge calculé est celui de la fermeture du système.
 Mais il est utilisable que pour les 50000 dernières années du Quaternaire.
Autre exemple : K
Ar
2.4Les quantités initiales sont inconnues
87
Exemple : 87rubidium
Strontium
Dans ce cas :
 La quantité initiale No est inconnue.
 La quantité Fo (87Sr) est nulle et inconnue
On lève cette difficulté en utilisant plusieurs échantillons d’une même roche (les
différents minéraux d’une même roche). On mesure les rapports 87Sr/86Sr ;
87
Rb/86Sr
Isotope stable
Elément radioactif
Si les différents échantillons ont incorporé du strontium de même composition
isotopique, c'est-à-dire 87Sr/86Sr à t=0 et si elles ont le même âges, les mesures
s’alignent sur une droite dite droite isochrome.
87
Sr t/86Sr t=87Rb t/86Sr.t.λ+87Sr o/86Sr o
Y= ax+b
Conclusion: Les résultats obtenus présentent une incertitude qui peut parfois
s’exprimer en million d’années. La datation absolue complète le découpage des temps
géologiques établis avec les principes avec la datation relative. Le résultat est une
échelle stratigraphique qui permet de connaître la durée d’une ère ou d’un système et
où les limites sont datées en millions d’années.