Mesure du temps: 2/ La datation absolue
2/ LA DATATION ABSOLUE
La chronologie absolue est fondée sur la décroissance radioactive de certains éléments chimiques :
La chronologie absolue est fondée sur la décroissance radioactive de certains éléments chimiques :
1. Principe de mesure :
Certains éléments chimiques se désintègrent spontanément en éléments stables en émettant un rayonnement, on les appelle des isotopes naturels radioactifs.
En se désintégrant, un élément radioactif « père » se transforme spontanément en un élément « fils ». C'est ainsi parexemple que le rubidium 87 (87 Rb se transforme spontanément en strontium 87 (87Sr) en
émettant un rayonnement bêta (électrons) et gamma (photons).
émettant un rayonnement bêta (électrons) et gamma (photons).
La désintégration de tout élément radioactif constitue unevéritable «horloge» car elle se fait en suivant une loi mathématique de décroissance exponentielle en fonction du temps ; quelle que soit la quantité d'élément père présente au départ, il faut toujours le même temps pour que cette quantité soit réduite de moitié par désintégration. Cette durée caractéristique d'un élément est sa demi-vie (T) : d'un élément à un autre, elle peut varier considérablement (d'une fraction de seconde à plusieurs milliards d'années).
Connaissant la période d'une réaction de désintégration, il est possible de calculer depuis quand elle se déroule à l'intérieur d'une roche en mesurant, par exemple, les quantités respectives d'élément père et d'élément fils contenues aujourd'hui dans cette roche.
Application :
On calcule la date qui correspond au moment où les isotopes de l’échantillon utilisés ont été confinés (fin de la formation de la roche ou mort du fossile) : aucun constituant n’a pu quitter l’échantillon et aucun constituant extérieur n’a pu y entrer. On parle de système fermé : il n’y a plus d’échange d’élément chimique entre les minéraux.
La fermeture du système est due à l’abaissement de la température en de ça d’un certain seuil : cristallisation des minéraux.
A partir de cette date les éléments chimiques ont évolué spontanément en suivant les lois physiques de désintégration sans interaction avec le milieu.
La chronologie absolue exploite la relation qui existe entre rapports isotopiques et durée écoulée depuis la « fermeture du système » contenant les isotopes.
Pt = Po ℮ - λt P : nombre d’atomes au temps initial : O ou t ; λ = constante de désintégration
On utilise surtout les roches magmatiques et métamorphiques et exceptionnellement les roches sédimentaires car elles ne sont pas des systèmes fermés.
Quels sont les isotopes utilisés ?
Les radios chronomètres sont choisis en fonction de la période de temps que l’on cherche à explorer ainsi que les périodes de demi-vie des isotopes.
2. Datation par le carbone 14 :
Pour les derniers millénaires (≤ 30 000 – 40 000 ans) on utilise le carbone 14 (14 C : demi vie de 5730 ans) dont la quantité dans le milieu lors de la fermeture du système est connue (supposée constante : identique à aujourd’hui).
Quels isotopes utilise t on pour des datations plus anciennes ?
3. Datations plus anciennes :
| Processus de désintégration | 87Rb → 87Sr | 40K → 40Ar | 234U → 230Th | 230Th → 226Ra | 14C→ 14N |
| Période radioactive | 50 Ga | 1,3 Ga | 250 000 a | 75 200 a | 5730 a |
a. Utilisation du couple potassium – argon (K-Ar) :
Pour des périodes plus anciennes on peut, par exemple, utiliser le couple potassium-argon (K-Ar).
P0 inconnu mais la quantité initiale d’argon (F0) lors de la fermeture du système est négligeable, on mesure alors dans ce rapport le nombre d’isotopes disparus ou apparus lors de la désintégration radioactive.
Cette méthode présente cependant une limite : la contamination par l’argon de l’atmosphère ou des fluides circulants rend difficile la détection de l’argon issu de la désintégration du potassium avant que la roche ait atteint un certain âge.
b. Utilisation du couple rubidium – strontium (Rb-Sr) :
On utilise généralement le couple rubidium-strontium (Rb-Sr ; demi vie : 50 Ga), mais les quantités initiales des éléments (Po et Fo) et le moment de la fermeture du système sont inconnus.
Pour trouver l’âge d’une roche il est alors nécessaire de mesurer les apports isotopiques de plusieurs minéraux de la même roche ayant cristallisé au même moment ; on cherche ensuite à résoudre un système simple d’équations linéaires.
Lorsque tous les éléments radioactifs ont disparus de l’échantillon, la datation n’est plus possible.
La chronologie absolue, en donnant l’age des roches et des fossiles, permet de mesurer les durées des phénomènes géologiques. Elle permet aussi de situer dans le temps l’échelle relative des temps géologiques
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