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Les méthodes de datation en géologie Introduction (approche épistémologique) I - Les méthodes utilisant les phénomènes périodiques et événementiels - Approche sédimentologique (marée, varves, cycles astro-climatiques) - Approche biologique (croissance organismes marins, dendrochronologie) - Stratigraphie événementielle (crue, séïsme, volcanisme, impact) II – Les méthodes de datation relative - Les principes généraux de la stratigraphie (recoupement, superposition, inclusion) - L’apport des fossiles: la biostratigraphie III – Les méthodes physiques - Les radionucléides: le carbone 14 et autres cosmogénes (Be, Al…) - Les chronomètres des temps anciens (géochronologie isotopique) : U/Pb, Ar/Ar, Nd/Sm - Trace de fission et thermoluminescence IV – Les méthodes de datation indirectes (calibrage) et les corrélations - Données géophysiques (paléomagnétisme, diagraphie, sismique) - Données géochimiques (chimiostratigraphie, Sr) Conclusion: l’établissement de l’échelle des temps géologique de référence Hérodote 450 avant J-C actualisme vitesse sédimentation Nil L. De Vinci notion de strates (1452-1519) Rutherford (1871-1937) radioactivité des roches >500 Ma Rayleigh 1905> 1 Ga Niers 1935 isotopes >2.5Ga 1953-1970 : datation météorites, naissance terre 4.55Ga N. Sténon (1638-1686) « Principe de la géologie » Buffon (1707-1788) « Principe de la géologie » 74 000 ans refroidissement Terre L. Kevin (1824-1907) 24 Ma Température terre, soleil James Ussher (1581-1656) naissance terre: 23 octobre de l'an 4004 av. J.-C C. Lyell (1797-1875) uniformitarisme C. Darwin (1809-1882) 300 Ma (érosion) plan 1 jour 1 mois Rotation terre 1 an 100 ans 1000 ans 104 ans 105 ans 1 Ma 10 Ma 100 Ma 1 Ga Rotation terre autour soleil Cycles Milankovitch Rotation lune autour terre Tâche solaire Phénomènes périodiques Courants tidaux Varves Dépôts lacustres Excursions 6 ordre 5 Anomalies 4 3 Inversion majeures 2 1er odre MAGNETISME TERRESTRE EUSTATISME Phénomènes non périodiques Phases tectoniques Orogenèses majeures TECTONIQUE récurrentes Du Phanérozoïque d18O haute fréquence El Nino Biozone Evénements Crues majeures Tempestites et turbidites Tsunami majeurs enregistrées archives Anoxies et D majeures principaux isotopes OCEAN/ ATMOSPHERE PROCESSUS Radiation / BIOLOGIQUE Extinctions majeures Mégaturbidite et Mass flow EVENEMENTIEL VOLCANISME Phase éruptive Téphra Période éruptive LIP SEISMES Activité sismique majeur IMPACTS Pluie météorites Adapté d’après Einsele, Ricken, Seilacher 1991 < 1km f > 10 km f Dépôts tidaux Action de la lune: Alternance silt/argile constituant des laminites tidales : succession courant flot/étale/Jusant Action lune + soleil : Identification de cycles semi-lunaires (morte-eau / vive-eau) dans la baie du Mont Saint-Michel BM PM PM BM Auxquels se surimpose cycles lunaires (petite vive-eau / grande vive eau) et cycles solstice/équinoxe Dépôts binaires annuels de varves Application aux dépôts lacustres (Jura, quaternaire) Utilisation d’analyse spectrale pour l’estimation de durée des processus Cyclostratigraphie: Utilisation des cycles astronomiques Cycle annuel :solaire Cycle lunaire ou semi-lunaire Cycle magnétisme solaire : Cycles de Hale de 11 et 22 ans Cycles de Milankovitch Durée des cyclicité de Milankovitch : Précession des équinoxes : 19 Ka et 23 Ka Obliquité de l’axe de rotation terrestre : 40 Ka et 53 Ka Excentricité Orbite terrestre : 97 Ka, 123 Ka, 412 Ka et 2.35 Ma plan Dendrochronologie plan Événementiel plan plan Principe de la biostratigraphie: Évolution biologique des espèces progressive et irréversible Principe de la biostratigraphie: Évolution biologique des espèces progressive et irréversible Notion de morphotype vs population (grade) Notion de biozonation Biozone Sous-Zone Horizon Différents types de biozones BIOZONES Principe de la biostratigraphie: Évolution biologique des espèces progressive et irréversible Fossiles stratigraphiques: Extension verticale vs horizontale BIOZONES Souvent animaux pélagiques : Trilobites (Silurien) Graptolites-conodontes (Ordovicien-Silurien) Fusulines (Permien) Ammonites (Mésozoïque) Nummulites (Cénozoïque) plan N0 Méthode de datation « absolue » Principe de la désintégration d’élément radioactifs N0/2 D* = N0-N T dN N dt (1) N t ln N0 (2) N N 0 e t (3) T1 / 2 ln 2 0.693 (4) Datation 14C plan Choix des géochronomètres • Méthodes de la géochronologie isotopique - K-Ar (1250 Ma), 40Ar/39Ar, Rb-Sr (48 800 Ma), Sm-Nd (méthode des isochrones) : micas, hornblende plutonique et métamorphique, feldspath, roches volcaniques, certains minéraux sédimentaires - U-Th-Pb (4500 Ma): minéraux ignés et métamorphiques accessoires: zircons, monazite, sphène , apatite (méthode Pb-Pb : roches volcaniques et carbonates) - Lu-Hf et Re-Os: activités magmatiques, utilisation limitées - Déséquilibres familles radioactives 235U, 238U, 232Th : objets récents (carbonates biogéniques, coraux, coquille, spéléothèmes, roches volcanique, nodules polymétalliques) • Méthodes de la radiochronologie isotopique 14C (5730 ans), 3H : datation produits contenant carbone <50 000ans, circulation océanique 10Be, 26Al : datation sédiments marins, nodule Mn, glaces polaires, temps exposition, vitesse érosion à partir de quartz : datation terrasses alluviales, moraines 36Cl, 32Si, 39Ar, 81Kr : glaces polaires, circulation océanique eaux de fonds 3He, 53Mn, 59Ni : abondance poussière cosmique (taux de sédimentation) Exemple de datation par U/Pb sur zircons Mundil et al 2001, EPSL Exemple de calibrage d’âge par différentes techniques, (Lanphere & Baadsgaard, 2001 Chemical Geology) Biotites (inclusion apatite et feldspath) Zircons plan Traces de fission dans une apatite plan Utilisation du paléomagnétisme Echelle de polarité magnétique du Plio-Pléistocène Echelle de polarité magnétique du Cénozoïque et Crétacé Données diagraphiques plan Utilisation des isotopes stables (C, O, S, N) Utilisation des isotopes radiogéniques « stables » Phanérozoïque Précambrien - archéen Variation du 87Sr/86Sr des carbonates marins au cours des temps Courbe SIS (Strontium Isotope Stratigraphy) plan Exemple du stratotype de limite Eocène-Oligocène ALBAREDE La géochimie, Col Géosciences, Gordon and Breach Science Publishers 190 p., 2001 BERNARD, CONTINI, GODET, GOHAU, Le temps en Géologie, Synapse Hachette Collectif (Comité Français de Stratigraphie, J. Rey edit) Stratigraphie. Terminologie française, Bull. Centres Rech. Explor. Prod. Elf Aquitaine, 19, 164 p1997 COTILLON P Stratigraphie, 182 p. Dunod 1988 DERCOURT J. & PAQUET J. Géologie : Objets et méthodes, 457 p, Dunod, 1999 POMEROL C. & coll. Stratigraphie. Méthodes, Principes, Applications, 283 p, Doin,. 1987 POMEROL C., LAGABRIELLE Y. & RENARD M. Eléments de Géologie, 12ème Ed. 746 p Masson Sciences, Dunod, Colin, 2000
