Chapitre 10

http://www.miguasha.ca/mig-fr/la_notion_de_temps_en_geologie.php

Chapitre 10 Le temps et les roches

Rares sont les phénomènes géologiques observables à l’échelle humaine. Les processus qui affectent les roches s’opèrent à l’échelle du million d’années. De nombreux indices sont alors nécessaires pour ordonner ces processus géologiques chronologiquement les uns par rapport aux autres, mais également pour donner un âge chiffré aux roches, archives des événements passés.

Problème :Comment l’étude des roches permet-elle aux géologues d’établir une chronologie reconstituant l’histoire de la Terre ?

SOMMAIRE

Partie 1

Partie 2

Partie 3

Partie 4

Partie 5

https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/chronologie-relative.xml

Une première façon d’approcher l’histoire de la Terre consiste à établir l’ordre dans lequel des formations géologiques se sont mises en place, et à repérer, par rapport à cet ordre de successions temporelle, des événements géologiques. Un certain nombre de principes sont systématiquement mis en application au cours d’une telle démarche.

Problème :Sur quels principes fondamentaux repose la datation relative des événements géologiques ?

I. LES PRINCIPES DE LA DATATION RELATIVE:

A. Le principe de superposition:

http://www2.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s4/datations.relatives.html

Bordas Terminale, spécialité SVT, 2020, doc 1 p.132.

Bordas Terminale, spécialité SVT, 2020, doc 1 p.132.

Lorsque les formations rocheuses sont disposées régulièrement les unes sur les autres sans qu'il manque d'étage, il s'agit d'une structure concordante. À certains endroits dans une série sédimentaire l'information fait défaut; soit que les roches ont disparu suite à l'érosion, soit que la sédimentation s'est interrompue. Ces manques, ces absences d'information correspondent à des intervalles de temps dans la succession des événements géologiques. Ils représentent des lacunes, ou des discordances.

B. Le principe de recoupement:

http://www2.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s4/datations.relatives.html

Bordas Terminale, spécialité SVT, 2020, doc 1 p.132.

C. Le principe d’inclusion:

https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/chronologie-relative.xml

D. Le principe de continuité:

https://fr.slideshare.net/abdelhadi/notions-de-stratigraphie

E. Le principe d’identité paléontologique:

https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fwatch%3Fv%3DTc8I2rLzkAg&psig=AOvVaw1eidSqJ8oGBmPf3v2VDORx&ust=1602586991565000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCNjJ0fjzruwCFQAAAAAdAAAAABAD

Bilan : La chronologie relative consiste à classer dans le temps les différents évènements géologiques observés en appliquant les principes de superposition, de recoupement, d’inclusion, de continuité et d'identité paléontologique. Ces événements peuvent être utilisés pour définir des coupures dans les temps géologiques, ce qui conduit à l'établissement de l'échelle stratigraphique internationale des temps géologiques. Datation relative : ensemble des méthodes de datation permettant d’ordonner chronologiquement des évènements les uns par rapport aux autres.

Principe de superposition : une strate (sédimentaire ou volcanique) est plus récente que celle qu’elle recouvre. Principe de recoupement : une structure géologique qui en recoupe une autre est plus jeune que celle qu’elle recoupe. Cela s’applique par exemple aux failles, filons, surfaces d’érosion… Principe d’intrusion : tout objet inclus dans un autre est plus ancien. Principe de continuité : une même strate est de même âge en tous points de son étendue. Principe d’identité paléontologique : deux couches de terrain qui renferment les mêmes fossiles stratigraphiques ont le même âge. Strate : couche de matériaux constituant un terrain.

http://m.pourcher.free.fr/2018/TermSPE/THEME1B/Chapitre-1-datation.pdf

Bordas Terminale, spécialité SVT, 2020, doc 1 p.153.

Bordas Terminale, spécialité SVT, 2020, doc 2 p.135.

Activité n° 1: L’histoire géologique de la région de Flamanville.

https://geologie.discip.ac-caen.fr/paleozoi/flamanville/

Nous n’avons pas utilisé le principe de l’identité paléontologique pour retracer l’histoire de Flamanville. Les fossiles contenus dans les roches sédimentaires peuvent constituer d’excellents indices pour une datation relative des terrains. Des précautions sont cependant nécessaires dans le choix des fossiles à utiliser.

Problème :Comment certains fossiles permettent-ils d’effectuer des corrélations temporelles entre différentes régions géographiques et d’établir ainsi une échelle des temps géologiques ?

II. L’APPORT DES FOSSILES: TP n°10: Les marnes de Bidart.

TP n°14: Les marnes de Bidart.

Bilan : L’identité paléontologique est fondée sur la découverte de fossiles stratigraphiques. Ceux-ci répondent à trois critères : -être présents en grande abondance -avoir eu une grande répartition géographique océanique ou continentale -avoir eu une courte existence géologique (soit en évoluant vers une nouvelle espèce soit en disparaissant). De ce fait, la présence de fossiles stratigraphiques dans deux formations sédimentaires éloignées géographiquement permet d’établir une corrélation temporelle : on peut affirmer que ces dernières ont le même âge, c’est-à-dire qu’elles se sont formées en même temps à l’échelle des temps géologiques. Il s’agit là du principe d’identité paléontologique. Les critères paléontologiques permettent de placer des coupures d’ordres différents dans les temps géologiques (ères, périodes, étages) et ainsi de constituer une échelle chronostratigraphique. Des découpages plus fins permettent également de définir une échelle stratigraphique.

Fossile stratigraphique : espèce prolifique, ayant eu une grande extension géographique et une existence courte à l’échelle des temps géologiques. Echelle chronostratigraphique : division des temps géologiques fondée sur les coupures entre les strates et leur regroupement en ensembles de plus en plus vastes.

La datation relative fournit un moyen efficace d’ordonner dans le temps une succession d’objets ou d’évènements « plus récent que…, plus ancien que… ».Cette méthode peut permettre un repérage d’une grande finesse, mais ne donne pas l’âge d’un événement. La datation absolue permet quand à elle de donner l’âge absolu d’un événement.

Problème :Sur quel principe repose la chronologie absolue ?

III. LES PRINCIPES DE LA DATATION ABSOLUE:

Tout système (être vivant, fossile, roche…) contient, lors de sa formation, des éléments radioactifs qui se désintégreront au cours du temps, c’est-à-dire qui se transformeront en d’autres éléments avec émission de rayonnements. Les méthodes de datation absolue reposent donc sur la décroissance radioactive d’isotopes de certains éléments chimiques. De nombreux éléments chimiques possèdent des isotopes naturels (éléments « pères ») qui se désintègrent en éléments stables (éléments radiogéniques ou « fils »). Ce processus de désintégration dépend uniquement du temps et les isotopes constituent des radios chronomètres utilisables par les scientifiques. Les éléments pères et fils n’ont pas la même masse, il est donc possible de les séparer et de les doser à l’aide d’un spectromètre de masse. Cette mesure d’éléments pères restant et d’éléments fils produits permet de calculer depuis combien de temps se déroule la désintégration au sein de l’échantillon.

lambda=constante de désintégration(Probabilité de désintégration par unité de temps propre à chaque catégorie d’isotope) Nt = Nombre d’éléments pères radioactifs au moment de la mesure No = Nombre initial d’éléments pères radioactifs au temps to

https://www.maxicours.com/se/cours/mesure-d-une-duree-a-partir-d-une-decroissance-radioactive/

La désintégration de l’élément père se fait selon une fonction exponentielle du temps. Cela signifie que la proportion d’atomes radioactifs qui se désintègre par unité de temps est une constante immuable appelée constante radioactive (lambda). On peut donc exprimer t (c’est-à-dire l’âge de l’échantillon étudié) en fonction de No et de Nt par la formule suivante :

De nombreux éléments chimiques possèdent des isotopes radioactifs qui sont utilisés comme chronomètre géologique.

Problème : Quels sont les éléments chimiques utilisables en radiochronologie ?

IV. LA MESURE DES AGES ABSOLUS GRÂCE AUX ISOTOPES RADIOACTIFS:

Le choix de l’isotope doit tenir compte de l’âge présumé de la roche d’une part et de la vitesse de désintégration de l’élément utilisé d’autre part. Chaque élément est caractérisé par sa période ou demi-vie, durée nécessaire pour que sa concentration dans l’échantillon soit divisée par deux. Quelques méthodes de datation : La méthode Potassium/Argon. Le potassium 40 est un isotope radioactif qui représente 0.012 % du potassium naturel ; il se désintègre en formant de l’argon 40. Les minéraux ne contenant pas d’argon lors de leur formation, la totalité de 40Ar provient de la désintégration de 40K. Connaissant la constante de désintégration de 40K, on peut estimer directement le temps écoulé depuis le début de cette désintégration en utilisant l’équation fondamentale : 40Ar/40K=0.105(elt-1). La principale difficulté de cette méthode provient du fait que 40Ar est un gaz qui va s’échapper du système tant que celui-ci n’est pas totalement clos.

La méthode de la droite isochrone Le rubidium (Rb) et le strontium (Sr) sont des éléments qui peuvent s’insérer dans les minéraux dans les réseaux cristallins de certains minéraux comme les micas ou les feldspaths, à la place d’éléments ayant les mêmes propriétés chimiques : le strontium à la place du calcium (Ca) et le rubidium à la place du potassium (K). L’isotope 87 (87Rb) du rubidium est radioactif, il se désintègre en strontium 87Sr. Au cours du temps, la quantité de 87Rb diminue alors que celle de 87Sr augmente. Le problème auquel on se heurte est que les quantités initiales d'isotopes pères et fils sont inconnues: on va alors devoir faire appel à un isotope de référence stable: 86Sr.

Belin, Terminale, spécialité SVT, 2020, doc 4 p.149.

Logiciel Rad-C: -Menu, « datation ; méthode Rb- Sr » : repérer: l’élément père, l’élément fils et l’isotope de référence. -Faites dérouler le temps. Que se passe-t-il s'il n'y a pas de Rb au départ ? -Quel est l'âge d'une roche dont la droite (dite »isochrone ») a une pente de 0,0143 ? (réponse par lecture directe de graphique)

La méthode Uranium/Plomb Le zircon, contenu dans des minéraux tels que la biotite, présente souvent des traces d'uranium radioactif qui permettent de faire des datations. L’uranium présent dans le zircon est un élément chimique radioactif majoritairement présent sous la forme de deux isotopes : 238U qui se désintègre en 206Pb et 235U qui se désintègre en 207Pb. Les valeurs de l sont différentes pour ces deux désintégrations. On utilise conjointement deux radiochronomètres 238U/206Pb et 235U/207Pb pour dater la formation d’une roche. Toutes les combinaisons possibles de ces rapports sont situées sur une courbe qui indique l’âge correspondant.

Belin, Terminale, spécialité SVT, 2020, doc 3 p.152.

Logiciel Rad-C: - Avec l’exemple du 14C : (Menu "Loi de décroissance - 14C), au bout de combien de temps reste-t-il : a) la moitié de la quantité initiale ? b) le quart ? (faites évoluer le temps avec le curseur). c) donnez une définition de la demi-vie (ou période) d’un élément radioactif. -Comparer les demi-vies pour 14C, 40K (n’utilisez pas le 40Ksimple), 87Rb, 235U et 238U. -Au bout de combien de demi-vies la radio activité du 40K tend-t-elle vers 0 et devient donc inutilisable pour déterminez une mesure de temps ? (résultat généralisable à tout élément radio actif) -De quoi dépend donc le choix de l’élément radio actif à utiliser pour une datation ? -Précisez quel couple d’éléments utiliser selon les âges à donner (réponses par des ordres de grandeur d’âges).

Bilan : La chronologie absolue est fondée sur les lois de la radioactivité naturelle. Comme la désintégration radioactive est un phénomène continu et irréversible, la période radioactive ou demi-vie d’un élément radioactif est caractéristique de cet élément. Les géologues mesurent les concentrations d’éléments pères radioactifs et d’éléments fils radiogéniques. A partir des données obtenues, ils déterminent l’âge des échantillons étudiés. Différents géochronomètres (40K/40Ar, 87Rb/87Sr, 235U/207Pb) sont disponibles, ils se différencient par la période de l’élément père. Le choix de l’élément père dépend donc de l’âge supposé de l’objet. Les datations sont effectuées sur des roches magmatiques ou métamorphiques, en utilisant les roches totales ou les minéraux isolés. L’âge obtenu est celui de la fermeture du système considéré.

Demi-vie d’un isotope: temps nécessaire à la désintégration de la moitié des éléments père raidoactifs. Désintégration radioactive : un élément radioactif contenant un atome instable se désintègre spontanément en libérant une particule riche en énergie et donne naissance à un isotope stable. Isotope fils radiogénique : isotope stable. Isotope père radioactif : isotope instable. Fermeture du système : moment à partir duquel l’échantillon est isolé du milieu extérieur. Des températures de fermeture différentes pour différents minéraux expliquent que des mesures effectuées sur un même objet avec différents chronomètres puissent fournir des valeurs différentes. Chronomètre radioactif ou radiochronomètre : couple d’atomes permettant d’obtenir des estimations quantitatives d’évènements géologiques en se basant sur les lois de désintégration radioactive.

TP n°15: La datation absolue du granite de Flamanville.

Le choix du radiochronomètre est très important. En effet, les demi-vies des isotopes étant très différentes d’un élément radioactif à l’autre, les géologues doivent avoir une idée de l’âge de l’objet ou la roche à dater.A l’inverse, certains fossiles ne peuvent être datés directement par la datation absolue.

Problème : Comment faire pour déterminer le bon radiochronomètre à utiliser et comment dater un fossile de manière absolue ?

V. Datations relative et absolue: deux méthodes complémentaires : Activité n°2: Datations relatives et absolues: deux méthodes complémentaires.

Bilan : Les méthodes de datation absolue et de datation relative se révèlent très complémentaires. .

https://exercices-pdf.com/Telecharger_PDF_Cours_Exercices_Gratuit_9.php?Cours_Exercices_PDF=11848&PDF=datation_relative

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