Âge des roches

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Crayon.png En bref: Dater des roches permet de connaître l'histoire de la Terre. La géochronologie est l'étude de l'âge des roches et de la croûte terrestre en général. Pour cela, les fossiles présents dans la roches sont beaucoup utilisés mais il existe d'autres méthodes pour dater une roche.
La datation relative permet de savoir l'ordre chronologique des évènements les uns par rapport aux autres, et nécessite une étude de terrain.
En revanche, la datation absolue permet de connaître l'âge chiffré d'une roche ou d'un fossile et s'appuie plus sur des tests scientifiques

Strates géologiques, Kilve Beach, Royaume-Uni. Rob Farrow, 2006

Formation des roches sédimentaires

Des sédiments, apportés par l'eau ou le vent et de provenance variée (érosion de roche, minéraux présents dans l'eau, restes d'êtres vivants) s'accumulent pour former un dépôt sédimentaire. Sous l'effet de leur propre poids, les sédiments se compactent pour former une couche solide, appelée couche géologique (ou strate géologique). Ce phénomène est appelé la diagenèse.

Les dépôts s'accumulant les uns au dessus des autres, les strates situées en bas sont les plus vieilles tandis que la couche la plus haute est la plus récente (principe de superposition). La composition de la roche dépend des sédiments qui la composent et donc du milieu dans lequel elle s'est formée. En effet, les couches géologiques sont des témoins de l'époque à laquelle elles se sont formées et permettent ainsi de reconstituer les milieux de vie de la préhistoire. Les couches contiennent aussi de nombreux fossiles d'organismes de l'époque.

Datation relative

La datation relative est le fait de ranger des évènements les un par rapport aux autres, sans dates. Exemple : Une couche géologique s'est formée avant l'apparition d'un organisme mais après une intrusion magmatique. Dans la datation des roches, l'étude de la succession des couches géologiques est très importante car elle permet d'organiser les couches et les fossiles entre eux.

Principes géologiques

Strates de cendres volcaniques, volcan Chimborazo, Equateur. Ljuba Brank, 2011
La stratigraphie est l'étude de la superposition des couches géologiques, elle utilise plusieurs principes. Néanmoins, il existe beaucoup de contre-exemple pour ces principes, l'étude doit donc se faire au cas par cas et être validée par une observation de la situation.
  • Principe de continuité :

Une strate a le même âge sur toute son étendue.

  • Principe d'horizontalité :

Les couches sédimentaires se déposent horizontalement, sinon, c'est qu'elles ont subit une déformation après leur formation.

  • Principe de superposition :

Une couche est plus récente que celle qu'elle recouvre et plus ancienne que celle qui la recouvre.

  • Principe de recoupement :

Un évènement qui modifie la superposition des strates (faille, intrusion magmatique, érosion..) est plus récent que les strates qu'il affecte et plus ancien que la première strate qu'il n'affecte pas.



Postit.png
Schéma principe de recoupement.png

Sur le schéma, on peut voir que la faille f affecte les strates A et B, elle est donc plus récente que ces deux strates, mais que la première strate non affectée est la couche C, elle est donc antérieure à la couche C et donc à la couche D (principe de superposition)
  • Principe d'inclusion :

Des morceaux de roches inclus dans une strate sont plus anciens que la strate qui les contient.

Fossiles stratigraphiques

Un fossile stratigraphique est un fossile caractéristique d'une époque et donc d'une couche géologique. L'organisme fossilisé doit être abondant sur le globe pour établir une relation entre des couches éloignées géographiquement, tout en ayant eu une évolution rapide pour qu'il puisse n'être présent que sur une période courte. Les ammonites sont un exemple de fossile stratigraphique.

Datation absolue

La datation absolue est l'ensemble des techniques permettant de donner l'âge chiffré d'une roche ou d'un fossile. Les méthodes radiométriques utilisent l'activité radioactive des roches ou de fossiles pour déterminer leur âge. Il existe aussi la méthode du paléomagnétisme, qui utilise le champ magnétique de la Terre.

Méthodes radiométriques

Les techniques de datation radiométriques utilisent la variation de la radioactivité d'un isotope au cours du temps. En effet, lorsqu'un isotope est radioactif, il se désintègre en libérant de l'énergie. Le rythme de désintégration de l'isotope instable (radioactif) est connu et diffère selon les éléments.

La durée au bout de laquelle un isotope instable a perdu la moitié de son activité est appelée demi-vie. Elle peut durer plusieurs secondes, comme des dizaines de milliers d'années. Ainsi la demie-vie de l'Oxygène 15 est de 2,041 min, tandis que celle du Thorium 232 est de 14,1 milliards d'années !

Les méthodes radiométriques utilisent donc ces radio-isotopes présents dans les roches pour les dater, grâce à la baisse de leur activité au cours du temps.


Datation au carbone 14

Parmi les isotopes naturels du carbone (Carbone 12, Carbone 13 et Carbone 14), seul le Carbone 14 est un radio-isotope. Sa demi-vie est d'environ 5 700 ans.

Un organisme vivant possède la même proportion de Carbone 14 par rapport au Carbone 12 et au Carbone 13 que dans l'atmosphère, grâce aux nombreux échanges entre l'organisme et son environnement. Lorsque cet organisme meurt, ces échanges cessent et à cause de son instabilité, la proportion de Carbone 14 diminue au fil des années. En connaissant sa courbe de désintégration au cours du temps, on peut déterminer depuis combien de temps l'organisme est mort. Cette méthode ne peut être utilisée que sur des organismes et non sur les roches. Il est néanmoins possible de dater une roche indirectement, en datant des fossiles contenus à l'intérieur.

Cette technique permet de dater des fossiles précisément jusqu'à 35 000 ans.

Autres méthodes

Les autres méthodes radiométriques utilisent le même principe : elles se basent sur la désintégration d'un radio-isotope et la baisse de son activité. Seulement, si le Carbone 14 est utilisé pour les fossiles (et indirectement les roches), les autres méthodes n'ont pas les mêmes contraintes.

  • L'utilisation du Potassium 40 est efficace dans les roches volcaniques car elles sont riches en potassium.
  • L'uranium présent dans l'eau est présent dans les matières formées à partir de celle-ci : coquillages, coraux, parois de grotte. On utilise alors la datation à l'Uranium 234.

Autres

Paléomagnétisme

Les roches peuvent contenir des minéraux ferromagnétiques, tels que l'hématite ou la magnétite. En se solidifiant dans la roche, ces minéraux s'orientent en fonction du champ magnétique terrestre. Le champ magnétique est donc indirectement imprimé dans la roche grâce à ces minéraux. Seulement, le champ magnétique de la Terre s'est inversé à de nombreuses reprises au cours du temps (une boussole aurait donc pu pointer le sud). Grâce à l'orientation des minéraux, on peut situer à quel moment les roches se sont solidifiées et ainsi, les dater.

Postit.png En plus de permettre la datation de certaines roches, connaître l'histoire du champ magnétique terrestre permet de reconstituer la dérive des continents !

Pour aller plus loin

Dossier sur les couches géologiques

Vidéo explicative sur la notion de demi-vie (8mn44)

Bibliographie

Hominidés.com: Comment dater un fossile, un objet? [en ligne, consulté le 5 juillet 2016] Disponible sur internet: <http://www.hominides.com/html/dossiers/methode-datation.php>

Institut Français de l'Education: Paléomagnétisme. [en ligne, consulté le 5 juillet 2016]. Disponible sur internet: <http://acces.ens-lyon.fr/acces/terre/limites/Temps/datation-isotopique/enseigner/paleomagnetisme>

CNRS: Datation absolue [en ligne, consulté le 5 juillet 2016]. Disponible sur internet: <http://www.cnrs.fr/cnrs-images/sciencesdelaterreaulycee/contenu/geochrono2.htm>

Article Wikipédia: Fossile stratigraphique