I)La datation relative : positionner les évènements les uns par

LA MESURE DU TEMPS DANS L’HISTOIRE DE LA TERRE ET DE LA VIE
I)La datation relative : positionner les évènements les uns par rapport aux autres .
1) Etablir une chronologie relative à l’échelle d’une région : utilisation des
principes .
La succession de phénomènes géologiques entraîne des modifications des roches et des
paysages et les ensembles rocheux vont conserver ce témoignage .La disposition relative des
couches géologiques peut rester conforme à la disposition initiale lors du dépôt sédimentaire :
les couches sont dites concordantes .A l’inverse on parle de discordance quand une surface
géologique récente recoupe une formation plus ancienne et de litage différent ; c’est à dire :
géométrie d’une formation géologique caractérisée par une superposition de structures planes
.On retrouve une discordance suite à des phénomènes géologiques successifs ,tels plissement,
érosion et dépôts….
On utilise la stratigraphie ,c’est à dire l’étude de l’empilement des roches sédimentaires et de
leur contenu, à l’aide de principes .Il en existe 4 :
- le principe de superposition :
dans un ensemble de strates non déformées et non remaniées, toute couche sédimentaire ou
coulée de lave superposée à une autre lui est postérieure. Ce principe n’est valable que si les
couches n’ont pas subi de déformations intenses.
- le principe de continuité : permet de considérer, malgré les discontinuités
d’affleurement, que deux couches séparées dans l’espace mais limitées par les mêmes
couches à la base et au sommet, sont de même âge.
- Le principe de recoupement et d’inclusion : toute formation géologique qui en recoupe
une autre lui est postérieure et toute inclusion est plus ancienne que la structure qui
l’entoure.
- Le principe d’identité paléontologique : deux couches ayant le même contenu
fossilifère sont de même âge .une state est définie par l’ensemble des fossiles qu’elle
renferme c’est son bio-faciès. Tous les fossiles ne peuvent pas être de bons fossiles
marqueurs de temps. Pour être un fossile stratigraphique il faut avoir existé sur terre
pendant une courte période de l’ordre du million d’années ou moins et donc avoir une
extension verticale faible, il faut avoir une grande distribution géographique, doivent
être présents en de nombreux exemplaires donc être une espèce prolifique avec des
conditions de vie pas trop strictes.
# Doc 3 p 167
Qu’est ce qu’un fossile ? Reste de parties dures conservées d’un animal mort ou traces
laissées par l’être vivant. Quel est l’intérêt d’un fossile ? Ils permettent parfois de préciser
dans quelles conditions la roche qui les contient s’est formée. C’est la paléogéographie et la
paléoécologie du site = Faciès. Certains fossiles correspondent à des êtres vivants existant
encore d’autres à des êtres vivants ayant complètement disparus.
En utilisant le principe d’actualisme et les différents principes on pourra définir une strate
# TP Versailles et sa région.
* utilisation des principes
#doc p164 ,165 :
photo a : alternance de dépôts calcaires et marneux cela révèle des modifications périodiques
du régime de sédimentation marine avec variation du niveau marin ; Les couches n’étant pas
déformées, le retrait de la mer n’a pas été suivi d’évènements tectoniques.(superposition)
Photo b : la faille verticale a provoqué un rejet d’une dizaine de mètres, le compartiment de
gauche étant abaissé par rapport au compartiment de droite. La faille est plus récente et
postérieure aux strates qu’elle recoupe (principe de recoupement)
Photo c : anticlinal bien visible au centre, dépôt d’une série sédimentaire, déformation
tectonique cette série est plissée, la série n’étant pas renversée la principe de superposition
s’applique ici et les roches inférieures sont les plus anciennes. L’érosion est responsable de
l’aspect actuel de l’affleurement. Un anticlinal est reconnaissable car au centre du pli on
retrouve les terrains les plus anciens, à l’inverse le synclinal en son centre les terrains les plus
récents. Doc tableau
Photo d : roche métamorphique qui provient d’une roche préexistante : la roche a subi une
première fracturation = deux structures sub- verticales, puis ces fractures sont obturées par des
injections filoniennes de magma ou par des circulations hydrothermales, une deuxième étape
de fracturation survient, les filons sont recoupés et décalés puis cette fissure tardive est elle
même obturée, la roche est portée à l’affleurement.
Doc 2 :
Remarquable discordance angulaire : grés rouges plus récents que la formation plissée
inférieure ; dépôt de la couche la plus ancienne, namurien –320 à – 330 Ma épisode
tectonique avec surrection de la chaîne hercynienne, dépôt des couches de grés rouge du Trias
– 230 Ma avec érosion de la chaîne hercynienne.
Doc 3 : les galets de la couche a proviennent du démantèlement de la chaîne pyrénéenne ; la
couche a été daté du Cénomanien étant discordante sur les autres formations, on peut affirmer
que la phase de plissement est antérieure au Cénomanien et postérieure à l Aptien le terrain
plissé le plus récent.
2) une région sédimentaire
*utilisation identité paléontologique.
# Doc 4 p 167 : le contenu paléontologique d’une couche de terrain dépend étroitement du
milieu de sédimentation. (Lacustre, récifale, marine : pélagique ou néré tique ; continentale)
la strate contenant l’ensemble des fossiles A à E est datée du silurien supérieur seule époque
ou toutes les formes cohabitent. Le meilleur fossile stratigraphique est le fossile E qui donne
l’indication chronologique la plus précise : silurien supérieur, dévonien inférieur.
# Doc p 168 ,169 : les ammonites ont évolué rapidement, car beaucoup d’espèces ne se
rencontrent que pendant une brève période de temps. Il est peu probable qu’un changement
décisif des conditions du milieu soit à l’origine de la disparition rapide d’une espèce à durée
de vie brève , car cette espèce cohabite avec d’autres espèces présentes avant et après son
apparition .La grande diversité des formes rencontrées suggère aussi une évolution rapide, car
ces formes sont nécessairement apparentées .
ici un mètre de roche = 1, 5 Ma , un siècle = 0,06 mm de roche
Quels sont les bons fossiles stratigraphiques ?
Tableau a : catacoeloceras, phylseogrammoceras, gruneria
Tableau b : hildoceras lusitanicum
Mais ils doivent en plus avoir une vaste répartition géographique.
# Utilisation d’une carte et d’un bloc diagramme, doc p 170
Quel est le terrain le plus ancien visible à l’affleurement ?
C’est le terrain c3 il est au centre, puis on observe des terrains concordants et parallèles de
part et d’autres de ce terrains du crétacé cela démontre que la série sédimentaire a été plissée
(anticlinal) au niveau du terrain e3 synclinal, le terrain violet du miocène est discordant sur la
série sédimentaire plissée.
Chronologie :
Dépôt d’un ensemble de strates horizontales, puis phase de plissement (pyrénéen) orogenèse
Erosion et pénéplénation, au Miocène nouvelle phase de sédimentation ces dépôts sont à leur
tour partiellement érodés et mise à jour actuellement.
3) une région avec des roches magmatiques
*roches volcaniques # doc a p &171 : chronologie des événements
-socle cristallin granitique, mise en place et solidification lente en profondeur d’un magma
-mis à jour du socle par renouvellement de cette structure profonde (isostasie) et érosion
-activité volcanique de l’appareil situé à l’arrière plan, car sa coulée apparaît recoupée par la
faille
-phase tectonique d’extension qui fracture le socle et provoque l’effondrement en gradins de
la plaine de la Limagne.
-comblement partiel de cette dépression par des dépôts sédimentaires (jaune)
-la rivière Allier dépose une première terrasse alluviale (vert)
-mise en place d’un nouvel appareil volcanique, la coulée de lave recouvre la coulée
précédente, descend le rebord faillé de la plaine et recouvre partiellement la terrasse
-l Allier poursuit son travail d’érosion, l’avant de la coulée est déblayée.
*roches plutoniques # doc b p 171 : on recherche à placer dans le temps l’arrivée des roches
les unes par rapport aux autres .On recherche l’ordre d’apparition des minéraux pour
comprendre l’histoire de la cristallisation et on utilisera les relations géométriques. Les
relations d’inclusions et de recoupement vont permettre de dater la mise en place dans un
même massif les intrusions successives .Pour un massif de granite intrusif la présence d’une
auréole de métamorphisme dans les roches encaissantes prouve que le pluton granitique est
plus jeune que les roches qui l’entourent.
De plus souvent au sein d’un massif granitique on découvre les vestiges de terrains
encaissants, des enclaves .On retrouve également des injections filoniennes, le filon recoupé
est le plus ancien.
Chronologie :
-dépôt e strates de roches sédimentaires
-plissement de ses couches (aspect sinueux des contours des couches) et enfouissement à une
profondeur importante
-injection du pluton granitique dans cette série sédimentaire, ce phénomène se produit à
grande profondeur.
-transformation par métamorphisme des roches encaissantes sur quelques centaines de mètres
autour du pluton magmatique roches très transformées ( cornéennes) au contact des granite et
moins transformées un peu plus loin ( schistes) .
-érosion de la région qui amène le massif granitique et son auréole de métamorphisme à la
surface.
II)
la datation absolue
Pour mesurer une durée, il faut recourir à des phénomènes dont on connaît la loi d’évolution
au cours du temps.
Il existe d’autres méthodes naturelles comme de compter les varves : dépôts lacustres formés
par couches été couches claires et épaisses, hiver couches sombres et fines ou encore la
dendrochronologie qui consiste à compter les cernes de croissance des arbres…..
1) le principe de l’utilisation des radio-isotopes
En radio chronologie on utilise une soixantaine de couples d’éléments qui sont contenus dans
les minéraux des roches, ou qui sont produits par le rayonnement cosmique (isotope cosmo
génique comme le ¹⁴C)
# doc 2 p172 :
Deux isotopes sont des éléments qui occupent la même place dans le tableau de
classification, ils ont le même cortège électronique et donc les mêmes propriétés chimiques.
au niveau de leur noyau atomique, ils ont le même nombre de protons (même nombre
atomique) mais ils diffèrent par le nombre de neutrons  leur nombre de masse protons +
neutrons est différent il est indiqué en exposant en haut à gauche : ¹²C et ¹⁴C.
Pour chaque élément radioactif donné, la période radioactive est le temps nécessaire pour que
la moitié de la masse de cet élément ce désintègre .Cette période est constante car quelque soit
la masse de l’élément père présente à un moment donné, cette masse sera divisée par deux au
bout d’une période. L’élément radioactif est qualifié d’élément père, il est constitué d’un
atome instable, il se désintègre spontanément donnant naissance à un autre élément, l’élément
fils et à une particule riche en énergie .l ‘hypothèse émise, c’est que la proportion d’atomes
radioactifs qui se désintègre par unité de temps est constante et immuable. On a défini une
période T comme le temps nécessaire à la désintégration de la moitié des éléments radioactifs
présents.
Ce processus de décroissance radioactive obéit à une loi mathématique simple (loi
exponentielle) il est donc utilisable comme une horloge.
#doc tableau : le système doit être fermé c’est à dire qu’il ne doit plus y avoir d’échange entre
l’échantillon et le milieu
2) le choix d’un couple géo chronomètre
# doc poly : le choix de l’élément radioactif utilisé pour déterminer l’âge de l’échantillon
dépend de la période de l’élément, celle-ci doit être de même ordre de grandeur que l’âge
supposé de l’échantillon.
-pour dater un échantillon il faut que l’échantillon évolue dans un système clos
- il faut mesurer la proportion d’éléments radioactifs restant dans l’échantillon
- mesurer la proportion d’éléments issus de cette désintégration
- connaître la période de l’élément ou sa constante de désintégration
# doc 1 p174 et poly : l’origine du ¹⁴C, il se forme en haute atmosphère à partir de l’¹⁴N, puis
ce ¹⁴C est oxydé en (¹⁴CO2) radioactif, il se mélange au CO2 non radioactif de l’air, celui-ci
sera alors incorporé dans les molécules des végétaux puis des animaux, donc tout être vivant
contient du ¹⁴C, à sa mort les échanges s’arrêteront et la quantité de ¹⁴C va diminué.
La production de ¹⁴C est supposé régulière.
#doc 3et4 p175 : la période du ¹⁴C est de 5730 ans, l’âge maximum des échantillons datables
par cette méthode est de 10 fois cette période ≈ 50 000 ans au delà la quantité d’élément père
restant dans l’échantillon sont tellement faible que cela devient trop imprécis.
Exemple : t = ln (13,56 / 4,75) x 5730 / ln 2 = 8670 ans
#doc p176 ,177 : la période du ⁸⁷ étant de 5.10¹º années ou 50 giga années on pourrait
théoriquement mesurer des ages 10 fois plus importants donc plus anciens que l’âge de notre
Terre ( 4,5 Ga)
L’argon 40 diffuse dans le magma et peut même s’échapper du pluton. Donc se n’est qu’à
partir de la cristallisation de la roche que l’argon produit par la désintégration du potassium 40
Demeure prisonnier du réseau cristallin. L’age du granite est donc en fait l’age de la fin de
cristallisation du magma donc très postérieur à l’age de sa mise en place. On peut également
utiliser les couples suivants, U/Th et Rb/ Sr pour dater les roches plutoniques.
Rmq : le ⁴⁰Ar que l’on mesure dans l’échantillon a deux sources possibles :
L’une atmosphérique (contamination de l’échantillon) et l’autre radio génique et la précision
de la datation sera lié à la capacité du technicien à distinguer ces deux argon d’origine
différente.
La méthode rubidium/ strontium utilise un couple d’isotopes dont la quantité initiale est
inconnue. Pour résoudre ce problème il est nécessaire de disposer de 2 équations et on
effectue une mesure sur deux constituants équivalents du même échantillon.
Pour dater la mandibule il faut dater les tufs qui l’encadrent : age du tuf le plus récent = ln
(1+2,26 .10 ⁻¹¹/ 1,667. 10⁻⁷) / 5 ,81 . 10⁻¹¹= 2 333 282 ans
Age du tuf D le plus ancien = ln (1+ 2,242. 10⁻¹¹/ 1,604. 10⁻⁷) / 5 ,81 . 10⁻¹¹= 2 405 607
ans .la mandibule est donc datée avec une assez bonne précision d’environ 2 350 000 ans.
Pour estimer la vitesse de sédimentation, 80 m en 2 405 607 –2 333 282 ans = 72 325 ans ou
723 siècles donc la vitesse moyenne est de 80 / 723= 0,11m pour 100 an.
Pour calculer l’age du granite il faut calculer le coefficient directeur de la droite isochrone.
Coordonnées de x₁ = 0 y₁ = 0,7053, x₂ = 40 y₂ = 0,900
A = (y₂ - y₁)/ (x₂- x₁) = (0,900 – 0, 7053) / 40 = 0,004 867 5
On peut alors calculer l’age du granite: t = ln (1,004 867 5) / 1,42. 10 ⁻¹¹= 341 950 142 ans
C’est l’age du carbonifère 342 Ma.
# TP : la radio chronologie : chronologie relative et absolue dans un granite