La Mesure du Temps en Géologie

La Mesure du Temps en Géologie

Les progrès de la science en biologie et en géologie ont fait prendre à l'Homme la mesure de la dimension temporelle à l'échelle géologique. Aussi, l'Homme a-t-il développé des outils pour dater ces phénomènes qui n'ont aucune commune mesure...
La Mesure du Temps en Géologie

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<div class="import_html"> Les progr&egrave;s de la science en biologie et en g&eacute;ologie ont fait prendre &agrave; l'Homme la mesure de la dimension temporelle &agrave; l'&eacute;chelle g&eacute;ologique. Aussi, l'Homme a-t-il d&eacute;velopp&eacute; des outils pour dater ces ph&eacute;nom&egrave;nes qui n'ont aucune commune mesure avec la dur&eacute;e d'une vie humaine. </div> <div class="import_html"> Les premi&egrave;res datations r&eacute;alis&eacute;es par l'homme &eacute;taient une lecture des traces inscrites dans les roches, ce qui permettait de classer chronologiquement des &eacute;v&eacute;nements les uns par rapport aux autres. On parle de <b class="import_html">datation relative</b>. Elle a aujourd'hui pu &ecirc;tre calqu&eacute;e sur une <b class="import_html">datation absolue</b> des &eacute;v&eacute;nements, permettant de mesurer avec nos unit&eacute;s de r&eacute;f&eacute;rences habituelles, telles que les minutes. </div> <h2 class="import_html">I - La datation relative</h2> <div class="import_html"> Quatre grands principes sont syst&eacute;matiquement appliqu&eacute;s pour &eacute;tablir l'ordre de mise en place des formations g&eacute;ologiques. </div> <h3 class="import_html">1 - Principe de superposition</h3> <div class="import_html"> <b class="import_html">Une couche quelconque est plus r&eacute;cente que celle situ&eacute;e en dessous d'elle. De m&ecirc;me, elle est plus ancienne que celle qui la recouvre</b>. </div> <div class="import_html"> Cela s'applique aux structures g&eacute;ologiques qui se forment par d&eacute;p&ocirc;ts successifs, comme les roches s&eacute;dimentaires ou les rejets volcaniques. Ainsi, cela est valable si les strates sont rest&eacute;es dans la m&ecirc;me position que lors de leur d&eacute;p&ocirc;t, soit dans des r&eacute;gions stables, ou que des d&eacute;formations comme des plis ou des failles n'ont pas pu modifier cet ordre. </div> <h3 class="import_html">2 - Principe de continuit&eacute;</h3> <div class="import_html"> <b class="import_html">Il s'agit de deux couches s&eacute;par&eacute;es dans l'espace par des discontinuit&eacute;s d'affleurement, mais limit&eacute;es par les m&ecirc;mes couches &agrave; la base et au sommet. Ces deux courbes ont le m&ecirc;me &acirc;ge.</b> </div> <h3 class="import_html">3 - Principe de recouvrement</h3> <div class="import_html"> <b class="import_html">Un corps rocheux ou un &eacute;v&eacute;nement qui en recoupe un autre est plus jeune que celui qu'il recoupe.</b> </div> <div class="import_html"> C'est le cas par exemple des intrusions de granite ou de roches volcaniques qui recoupent des terrains plus anciens. Ce principe permet &eacute;galement de dater des &eacute;v&eacute;nements comme les failles ou les plis qui sont plus r&eacute;cents que les roches qu'ils affectent. </div> <div class="import_html"> Les &eacute;v&eacute;nements qui affectent une r&eacute;gion peuvent d&eacute;former et modifier la disposition g&eacute;om&eacute;trique des strates. Les joints de stratification de deux s&eacute;ries s&eacute;dimentaires pourront alors pr&eacute;senter des inclinaisons diff&eacute;rentes. On parle de <b class="import_html">discordance angulaire</b>. Cette discordance indique un arr&ecirc;t de la s&eacute;dimentation, suivi d'une d&eacute;formation, puis d'une phase d'&eacute;rosion et de la reprise de la s&eacute;dimentation. L'application des principes de superposition et de recoupement permet de dater cette discordance. Cette derni&egrave;re est post&eacute;rieure &agrave; la derni&egrave;re couche du dessous et ant&eacute;rieure &agrave; celle du dessus. </div> <div class="import_html"> <img src="../../docs/import_html/2429/index_html_2f3f0bd2.png" border="0" class="import_html" /> </div> <div class="import_html"> <i class="import_html"><u class="import_html">Sch&eacute;ma de formation d'une discordance angulaire</u></i> </div> <h3 class="import_html">4 - Principe d'identit&eacute; pal&eacute;ontologique</h3> <div class="import_html"> <b class="import_html">Deux couches situ&eacute;es dans des lieux diff&eacute;rents et pr&eacute;sentant le m&ecirc;me contenu pal&eacute;ontologique ont le m&ecirc;me &acirc;ge. </b> </div> <div class="import_html"> Ce principe utilise donc l'&eacute;tude des fossiles contenus dans les roches s&eacute;dimentaires. Certains fossiles ont v&eacute;cu sur des p&eacute;riodes relativement courtes et sur des territoires g&eacute;ographiques &eacute;tendus. Ils constituent de bons fossiles stratigraphiques. </div> <div class="import_html"> Il est donc possible de comparer l'&acirc;ge de couches tr&egrave;s distantes les unes des autres. </div> <h3 class="import_html">5 - L'&eacute;chelle stratigraphique de r&eacute;f&eacute;rence</h3> <div class="import_html"> Une chronologie de tous les &eacute;v&eacute;nements d'une r&eacute;gion peut &ecirc;tre effectu&eacute;e par superposition des quatre principes de datation relative. La mise en commun des informations r&eacute;colt&eacute;es &agrave; l'&eacute;chelle de la plan&egrave;te permet de d&eacute;finir une <b class="import_html">&eacute;chelle stratigraphique internationale des temps g&eacute;ologiques</b>. Les subdivisions de cette &eacute;chelle, comme les &egrave;res ou les p&eacute;riodes, ont &eacute;t&eacute; d&eacute;finies avant d'en connaitre la dur&eacute;e exacte. L'unit&eacute; de base de cette &eacute;chelle est l' <b class="import_html">&eacute;tage</b>, qui est d&eacute;fini par les caract&eacute;ristiques d'une strate de r&eacute;f&eacute;rence. </div> <h2 class="import_html">II - La datation absolue</h2> <h3 class="import_html">1 - La d&eacute;croissance radioactive</h3> <div class="import_html"> Les m&eacute;thodes de datation absolue sont bas&eacute;es sur la radioactivit&eacute;. En effet, de nombreux &eacute;l&eacute;ments chimiques naturels pr&eacute;sentent des isotopes radioactifs qui se d&eacute;sint&egrave;grent spontan&eacute;ment. </div> <div class="import_html"> L'&eacute;l&eacute;ment qui se d&eacute;sint&egrave;gre est appel&eacute; <b class="import_html">&eacute;l&eacute;ment p&egrave;re</b>. Il se transforme en un <b class="import_html">&eacute;l&eacute;ment fils</b> &agrave; un rythme correspondant &agrave; une fonction exponentielle du temps. On appelle <b class="import_html">demi-vie</b>, ou <b class="import_html">p&eacute;riode radioactive</b>, le temps n&eacute;cessaire pour diminuer de moiti&eacute; la quantit&eacute; d'&eacute;l&eacute;ments p&egrave;re et donc pour multiplier par deux la quantit&eacute; d'&eacute;l&eacute;ments fils. Cette demi-vie est constante, quelle que soit la quantit&eacute; initiale d'&eacute;l&eacute;ments p&egrave;re, et elle est propre &agrave; chaque &eacute;l&eacute;ment. La mesure des proportions d'&eacute;l&eacute;ments p&egrave;re et fils permet, par un calcul simple et connaissant la demi-vie de l'&eacute;l&eacute;ment, de retrouver depuis combien de temps le processus de d&eacute;sint&eacute;gration a d&eacute;but&eacute;. </div> <div class="import_html"> <b class="import_html">Loi de d&eacute;croissance radioactive&nbsp;: t (en ann&eacute;es)= [ln(P</b> <sub class="import_html"><b class="import_html">0</b></sub> <b class="import_html">/P).t</b> <sub class="import_html"><b class="import_html">1/2</b></sub> <b class="import_html">]</b> <sub class="import_html"><b class="import_html"> </b></sub> <b class="import_html">/ ln2 </b> </div> <div class="import_html"> Avec P <sub class="import_html">0</sub> la quantit&eacute; initiale d'&eacute;l&eacute;ments p&egrave;re </div> <div class="import_html"> P la quantit&eacute; actuelle dans l'&eacute;chantillon </div> <div class="import_html"> t <sub class="import_html">1/2 </sub>la demi-vie </div> <h3 class="import_html">2 - Fermeture du syst&egrave;me</h3> <div class="import_html"> Dans l'environnement, l'&eacute;l&eacute;ment p&egrave;re est renouvel&eacute; en permanence. Sa concentration naturelle ne varie donc que tr&egrave;s peu. La datation d'un syst&egrave;me ouvert n'a donc aucune signification T <sub class="import_html">1/2.</sub> </div> <div class="import_html"> On ne date ainsi que des <b class="import_html">syst&egrave;mes ferm&eacute;s</b>, comme les fossiles ou le charbon et n'ayant pas d'&eacute;changes d'&eacute;l&eacute;ments avec l'environnement. Par la mesure du d&eacute;but de d&eacute;sint&eacute;gration, on mesure en fait le moment o&ugrave; le syst&egrave;me s'est ferm&eacute;. C'est par exemple le cas de la mort d'un &ecirc;tre vivant, dont le carbone ne peut plus &ecirc;tre renouvel&eacute;. De m&ecirc;me pour la cristallisation d'un magma, qui pi&eacute;gera alors les &eacute;l&eacute;ments p&egrave;re et fils dans son r&eacute;seau cristallin. </div> <h2 class="import_html">III - Choix de la m&eacute;thode &agrave; utiliser</h2> <div class="import_html"> Le choix du couple p&egrave;re-fils doit d'abord se baser sur la composition chimique de l'&eacute;chantillon &agrave; dater. Par exemple, on utilisera la datation au carbone 14 ( <sup class="import_html">14</sup>C) pour des mol&eacute;cules carbon&eacute;es. </div> <div class="import_html"> Ensuite, la demi-vie de l'&eacute;l&eacute;ment doit &ecirc;tre consid&eacute;r&eacute;e. Cette demi-vie peut varier de quelques centi&egrave;mes de seconde &agrave; plusieurs milliards d'ann&eacute;es selon l'&eacute;l&eacute;ment. L'&eacute;chantillon ne pourra &ecirc;tre dat&eacute; avec pr&eacute;cision que si son &acirc;ge ne d&eacute;passe pas excessivement la demi-vie de l'&eacute;l&eacute;ment, auquel cas la quantit&eacute; d'&eacute;l&eacute;ment p&egrave;re sera trop faible pour &ecirc;tre d&eacute;tectable. En pratique, on peut mesurer des dur&eacute;es allant d'un centi&egrave;me &agrave; dix fois la demi-vie. </div> <h2 class="import_html">IV - Datation au <sup class="import_html">14</sup>C</h2> <div class="import_html"> Le carbone 14 se trouve dans l'atmosph&egrave;re en faible quantit&eacute;. Il est form&eacute; en permanence par le bombardement de rayonnement cosmique dans la haute atmosph&egrave;re. Sa quantit&eacute; ne varie pas. </div> <div class="import_html"> Les &ecirc;tres vivants &eacute;changent du CO <sub class="import_html">2</sub> avec leur environnement. A la mort, cet &eacute;change de gaz s'arr&ecirc;te et le syst&egrave;me se ferme. Il suffit alors de mesurer le <sup class="import_html">14</sup>C restant pour conna&icirc;tre l'&acirc;ge de l'&eacute;chantillon. </div> <div class="import_html"> Cette m&eacute;thode n'est valable que pour des &eacute;chantillons de moins de 50000 ans, c'est-&agrave;-dire environ dix fois la demi-vie de cet &eacute;l&eacute;ment, soit 5730 ans. C'est la m&eacute;thode la mieux adapt&eacute;e aux <b class="import_html">&eacute;poques r&eacute;centes</b>. </div> <h2 class="import_html">V - Le couple potassium/argon</h2> <div class="import_html"> C'est la m&eacute;thode de datation des roches moyennement anciennes. Le <sup class="import_html">40</sup>K se d&eacute;sint&egrave;gre en <sup class="import_html">40</sup>Ar avec une p&eacute;riode radioactive de 1.31 Ga. </div> <div class="import_html"> La quantit&eacute; d'&eacute;l&eacute;ments p&egrave;re contenue dans l'&eacute;chantillon initial est inconnue. Mais on sait que la concentration en &eacute;l&eacute;ments fils est nulle &agrave; la fermeture car l'argon est &eacute;limin&eacute; dans le milieu avant la fermeture. L'&acirc;ge est donc d&eacute;duit de la mesure en &eacute;l&eacute;ments p&egrave;re et fils. </div> <div class="import_html"> L'abondance du <sup class="import_html">40</sup>K dans les roches offre souvent la possibilit&eacute; d'utiliser cette m&eacute;thode. Mais la richesse atmosph&eacute;rique en <sup class="import_html">40</sup>Ar provoque des risques de contamination des &eacute;chantillons et peut donc fausser la datation. </div> <h2 class="import_html">VI - La m&eacute;thode rubidium/strontium</h2> <div class="import_html"> C'est la m&eacute;thode de pr&eacute;dilection pour la datation des &eacute;chantillons les plus anciens. En effet, le <sup class="import_html">87</sup>Rb se d&eacute;sint&egrave;gre en <sup class="import_html">87</sup>Sr avec un p&eacute;riode radioactive de 50 Ga, et la m&eacute;thode est tr&egrave;s fiable. Les quantit&eacute;s initiales en &eacute;l&eacute;ments p&egrave;re et fils sont inconnues. L'&eacute;quation poss&egrave;de donc deux inconnues. On utilise une r&eacute;solution graphique pour la solutionner. </div> <h2 class="import_html">VII - Couplage datation relative et absolue</h2> <div class="import_html"> La datation absolue n'est pas toujours possible, notamment pour les roches s&eacute;dimentaires. Mais la corr&eacute;lation entre datation relative et datation absolue permet de faire un calage temporel de la chronologie. </div>
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