SVT (Spé) — À la recherche du passé géologique de notre planète
Le temps et les roches
Datation relative, datation absolue, radiochronologie, stratigraphie
Résumé synthétiqueFiche en 4 sectionsQuiz de 10 questionsGratuit, sans pub
Résumé
La géologie utilise deux méthodes de datation complémentaires. La datation relative ordonne les événements géologiques les uns par rapport aux autres grâce aux principes de stratigraphie : superposition (la couche la plus basse est la plus ancienne), continuité (une même couche a le même âge sur toute son étendue), recoupement (un événement qui en coupe un autre lui est postérieur), et identité paléontologique (des couches contenant les mêmes fossiles stratigraphiques ont le même âge). La datation absolue (radiochronologie) donne un âge en années grâce à la désintégration radioactive : on mesure le rapport isotope père/fils dans un minéral. La formule t = (1/λ)×ln(1 + D/P) utilise la constante de désintégration λ et la demi-vie T₁/₂ = ln2/λ. Exemples : ¹⁴C pour le récent (< 50 000 ans), ⁸⁷Rb/⁸⁷Sr ou ²³⁸U/²⁰⁶Pb pour le très ancien.
La **datation relative** ne donne pas d'âge en années, mais **ordonne les événements** géologiques du plus ancien au plus récent grâce aux **principes de stratigraphie**. C'est le point de départ de toute étude géologique.
- **Principe de superposition** : dans une série sédimentaire non déformée, la couche **la plus basse** est **la plus ancienne**
- **Principe de continuité** : une même couche sédimentaire a le **même âge** sur toute son étendue horizontale
- **Principe de recoupement** : une structure (faille, filon, intrusion) qui en **coupe** une autre lui est **postérieure**
- **Principe d'inclusion** : un fragment de roche **inclus** dans une autre est **plus ancien** que la roche qui l'englobe
- **Principe d'identité paléontologique** : des couches contenant les **mêmes fossiles stratigraphiques** ont le même âge
- **Fossile stratigraphique** : espèce ayant vécu sur une **courte durée** mais avec une **grande répartition géographique**
Exemple
Sur un affleurement : couche A (calcaire à ammonites) en bas, couche B (grès) au-dessus, traversées par une faille F. Chronologie : **A se dépose** → **B se dépose** (superposition) → **faille F** coupe A et B (recoupement). A est le plus ancien, F le plus récent.
Piège à éviter
Le principe de superposition n'est valable que si les couches n'ont **pas** été **retournées** par des plissements tectoniques. En cas de doute, on utilise des **critères de polarité** (granoclassement, figures de courant).
La **datation absolue** donne un âge **en années** grâce à la **désintégration radioactive**. Le principe : mesurer combien d'**isotope père** s'est transformé en **isotope fils** depuis la formation de la roche.
- Basée sur la **désintégration radioactive** : un isotope **père** (P) se transforme en isotope **fils** (D) à un rythme constant
- **Demi-vie T₁/₂** : temps au bout duquel **la moitié** des atomes radioactifs se sont désintégrés
- **Constante de désintégration** λ = ln2 / T₁/₂
- **Formule** : t = (1/λ) × ln(1 + D/P), avec D et P les quantités d'isotopes fils et père mesurées
- Le choix de l'isotope dépend de l'âge estimé : **¹⁴C** pour < 50 000 ans, **⁸⁷Rb/⁸⁷Sr** pour les millions d'années, **²³⁸U/²⁰⁶Pb** pour les milliards d'années
- La datation au **¹⁴C** est utilisée en archéologie ; le **⁸⁷Rb/⁸⁷Sr** et le **K/Ar** en géologie
Exemple
Datation au ¹⁴C (T₁/₂ = 5 730 ans) : un os contient **25 %** du ¹⁴C initial. 25 % = (½)² → **2 demi-vies** se sont écoulées. Âge = 2 × 5 730 = **11 460 ans**.
Piège à éviter
On ne peut **pas** utiliser le **¹⁴C** pour dater une roche — il ne date que la **matière organique** (os, bois, charbon). Pour dater des roches, on utilise **Rb/Sr, K/Ar ou U/Pb** selon l'âge.
Problème : on ne connaît pas combien d'**isotope fils** était présent à l'origine. La **méthode isochrone** contourne cette difficulté en analysant **plusieurs minéraux** de la même roche.
- **Problème** : on ne connaît pas la **quantité initiale** d'isotope fils → méthode isochrone
- On mesure les **rapports isotopiques** dans **plusieurs minéraux** d'une même roche
- Les points s'alignent sur une **droite (isochrone)** dont la **pente donne l'âge**
- Plus la **pente** est forte, plus la roche est **ancienne**
- Exemple : méthode **Rb/Sr** — on trace ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr en fonction de ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr pour plusieurs minéraux
- L'**ordonnée à l'origine** donne le **rapport isotopique initial**
Exemple
On analyse 4 minéraux d'un granite. On trace ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr en fonction de ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr. Les 4 points s'alignent sur une **droite de pente 0,0143**. Avec la relation pente = e^(λt) − 1, on obtient **t ≈ 1 milliard d'années**.
Piège à éviter
L'isochrone ne fonctionne que si tous les minéraux se sont formés **en même temps** et sont restés un **système fermé** depuis (pas de perte ni d'apport d'isotopes). Le **métamorphisme** peut « remettre le chronomètre à zéro ».
La combinaison des datations **relative** et **absolue** a permis de construire l'**échelle des temps géologiques** et de dater la Terre à **4,57 milliards d'années**.
- **Âge de la Terre** : ~4,57 milliards d'années (datation de **météorites** par U/Pb)
- L'**échelle des temps géologiques** combine datation **relative** et **absolue**
- **Limite du ¹⁴C** : ne fonctionne que pour la **matière organique récente** (< 50 000 ans)
- Les roches **métamorphiques** peuvent être « **remises à zéro** » par les hautes températures
- La datation **K/Ar** est utilisée pour les **roches volcaniques** (le potassium est piégé dans les minéraux lors de la cristallisation)
Exemple
On ne date **pas directement** la Terre (pas de roche d'origine conservée). On date des **météorites** (même âge que le système solaire) par U/Pb : **4,567 ± 0,001 Ga**. La plus vieille roche terrestre connue a ~4,4 Ga (zircons du Jack Hills, Australie).
Piège à éviter
La datation **K/Ar** suppose que tout l'argon (⁴⁰Ar) mesuré provient de la désintégration du ⁴⁰K. Or l'argon est un **gaz** qui peut s'échapper si la roche est chauffée → **sous-estimation** de l'âge. C'est pourquoi cette méthode ne fonctionne bien que pour les **roches volcaniques** (Ar piégé à la cristallisation).
Quiz - Le temps et les roches
10 questions
Notions clés — SVT (Spé)
Articles utiles
Questions fréquentes
Les points clés à retenir sur Le temps et les roches, extraits du quiz de révision.
Le principe de superposition stipule que :
Réponse :
La couche inférieure est la plus ancienne
Dans une série sédimentaire non déformée, la couche la plus basse s'est déposée en premier : elle est la plus ancienne. La plus haute est la plus récente.
La demi-vie T₁/₂ est :
Réponse :
Le temps pour que la moitié des atomes radioactifs se désintègrent
La demi-vie est le temps nécessaire pour que la moitié des atomes de l'isotope père se transforment en isotope fils. C'est une constante caractéristique de chaque isotope.
Le ¹⁴C est utilisé pour dater :
Réponse :
De la matière organique récente (< 50 000 ans)
Le ¹⁴C a une demi-vie de 5 730 ans. Il ne permet de dater que la matière organique récente (bois, os, charbon) jusqu'à environ 50 000 ans.
Un fossile stratigraphique doit avoir :
Réponse :
Vécu peu de temps avec une grande répartition géographique
Un bon fossile stratigraphique a existé sur une courte durée (bonne résolution temporelle) et sur une large aire géographique (corrélation entre sites éloignés).