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Datation absolue Utilisation des radiochronomètres.

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1 Datation absolue Utilisation des radiochronomètres

2 Pour utiliser la radiochronologie, il faut que : 1. L'échantillon n'ait pas fait d'échange avec l'extérieur. L'élément fils doit rester dans la roche et il ne doit pas y avoir d'apport extérieur, l'élément père résiduel ne doit pas quitter la roche et il ne faut pas d'apport extérieur de l'élément père. On dit alors que le système est clos ou fermé. La fermeture du système identifie le démarrage du chronomètre naturel. Ex : âge de cristallisation d'une roche à partir d'un magma, mort de l'être vivant du fossile On ne peut pas dater les roches sédimentaires car pour ces roches, il y a toujours des échanges avec le milieu extérieur.

3 2. Le choix du radiochronomètre soit fonction de la période de temps que l'on cherche à explorer. En effet, la datation n'est valide que si l'on mesure des durées allant du centième à dix fois la période de l'isotope choisi (T/100 et 10T) : pour dater des événements récents on utilise des radiochronomètres à faible T et vice versa. (voir dans le logiciel « radiochronologie » les périodes des 3 radiochronomètres).

4 3. Le choix du radiochronomètre corresponde à la nature de l'échantillon. Pour dater de la matière organique, on utilise C, pour des roches magmatiques K (feldspaths) et Rb (micas et feldspaths).

5 Loi de désintégration radioactive -λt λt P=P0. e ou F = F0 + P (e -1) P : nombre d'atomes de l'élément père au temps t P0 : nombre d'atome de l'élément père au temps to F : nombre d'atomes de l'élément fils au temps t F0 : nombre d'atomes de l'élément fils au temps to λ : constante de désintégration radioactive = Ln2/T

6 I. La datation avec le carbone 14 C Principe (fig.2 page 164): Le 14 C est produit constamment en haute atmosphère par l'action du rayonnement cosmique sur 14 N. Par ailleurs, le 14 C se désintègre spontanément en 14 N. Il y a un équilibre entre sa production et sa désintégration, donc son taux dans l'atmosphère est constant. Les atomes de 14 C produits sont incorporés au CO 2 tous comme les atomes de 12 C. Le 14 C est donc absorbé par les êtres vivants tout comme le 12 C. Lorsque l'être vivant meurt, son 14 C n'est plus renouvelé, le système est donc clos. Le 14 C qu'il contient au moment de sa mort se désintègre en 14 N (volatile, donc qui quitte le système) et la quantité de 14 C dans l'échantillon diminue. Voir la courbe de décroissance du 14C, doc 1p164 avec T = 5730 ans.

7 Méthode : On connaît la quantité de 14 C 0 ou de ( 14 C/ 12 C) 0 au moment de la fermeture du système : elle est égale à celle de l'atmosphère. On mesure au spectromètre de masse la quantité de 14 C restant dans l'échantillon (donc le rapport 14 C/ 12 C). On peut alors calculer l'âge de fermeture du système, donc l'âge de mort, donc l'âge. Domaine d'utilisation : Cette méthode ne s'utilise que pour des datations maximum de ans, car au delà la quantité de 14 C restante dans l'échantillon est trop faible pour permettre une évaluation fiable. Lorsque tous les éléments radioactifs ont disparu de l'échantillon la datation n'est plus possible. Avec cette méthode, on date de la matière organique carbonée fossile (bois carbonisé, os, cheveux, coquille...). La datation avec le carbone 14 C (p2)

8 Intérêt : Cette méthode est utilisée pour dater les roches volcaniques (cendres, coulées de lave...) dont les minéraux sont riches en K. Principe (Doc1 page 166): Une lave en fusion contient du 40 K. Il se désintègre en 40 Ar (et en 40 Ca dans 90% des cas). Tant que la lave n'est pas cristallisée, le 40 Ar -qui est un gaz- s'échappe dans l'atmosphère. Quand la cristallisation est achevée, le 40 Ar issu de la désintégration du 40 K ne peut plus s'échapper dans l'atmosphère. Le système est alors clos, le chronomètre isotopique est mis à zéro et peut commencer car le 40 Ar s'accumule dans la roche. II. La datation avec le couple Potassium-Argon (K-Ar)

9 Méthode : Ici, la quantité d'atome fils initiale 40 Ar 0 lors de la fermeture du système est nulle, on mesure la quantité d'atomes fils 40 Ar apparus. On calcule l'âge t (= âge de cristallisation de la roche), donc lâge de la fermeture du système Voir doc 1 p 166 pour le détail des équations. Attention, le 40 K se désintègre aussi en Ca (90% des cas), on ajoute un facteur 10 pour corriger la constante de désintégration. Domaine d'application : Cette méthode permet d'évaluer des âges entre 10 6 et 10 9 ans. Elle a permis de dater les gisements fossilifères d'homininés dans les séries volcano sédimentaires du rift est-africain. Limites : 40 Ar est présent en quantité notable dans l'atmosphère et dans les fluides circulant dans les roches, il peut donc contaminer ces roches et erroner les datations. La datation avec le couple Potassium-Argon (K-Ar) p2

10 III. La datation avec le couple Rubidium Strontium (Rb-Sr) Intérêt (Doc.1 page 168) : Cette méthode est utilisée pour dater des roches métamorphiques et magmatiques riches en micas et en feldspaths. Lors de la cristallisation d'une roche, certains minéraux (Orthose, Mica noir) emprisonnent du 87 Rb (à la place de K) et d'autres (Plagioclases) du 87 Sr et du 86 Sr non radiogénique (à la place de Ca). Le 87 Rb se désintègre en 87 Sr. Difficultés de mise en œuvre : Cette méthode de datation est plus complexe que les précédentes car les quantités initiales d'atomes père et fils sont inconnues. Pour cela, il faut faire des mesures dans plusieurs échantillons (plusieurs roches issues d'un même magma, ou plusieurs minéraux d'une même roche). Il faut comparer ces mesures à un isotope réfèrent : ici le 86 Sr non radiogénique.

11 La datation avec le couple Rubidium Strontium (Rb-Sr) p2 Méthode : Lors de la fermeture du système : -le rapport 87 Sr/ 86 Sr initial est constant. -certains minéraux sont riches en 87 Rb (rapport 87 Rb/ 86 Sr élevé, donc à droite sur l'axe des abscisses), d'autre plus pauvres (rapport faible, à gauche). Voir les équations et la représentation graphique de l'évolution des minéraux dans le doc 2p 168. Au cours du temps, 87 Rb 87 Sr donc l'emplacement graphique des minéraux se déplace vers la gauche et vers le haut. Au plus le temps passe, au plus le point se décale vers le haut à gauche, modifiant la pente de la droite isochrone, d'où la relation temps=f(pente) : t= Ln (pente + 1)/λT= 48, ans On calcule l'âge t qui correspond à l'âge de cristallisation à partir de l'étude du graphique (à partir de la pente de la courbe isochrone) Cette méthode est utilisée pour des datations supérieures à 100 Ma.

12 Conclusion La chronologie absolue permet : de donner l'âge des roches et des fossiles, de mesurer les durées des phénomènes géologiques, de situer dans le temps l'échelle relative des temps géologiques. L'âge calculé correspond à l'âge réel dans la mesure où il n'y a eu ni départ ni arrivée isotopique depuis la fermeture. Le choix du radio chronomètre pour dater une roche ou un fossile dépend de son âge présumé et de la nature de la roche.


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