Dernière mise à jour le 14/02/16
La datation absolue en géologie
Datation absolue - Exemple de datation absolue : la datation au carbone 14 de la déglaciation à la Barbade (D'après les documents de l'INRP)
• Fiche
• Fichier Excel des données
• Le principe de la datation à l'aide du Carbone 14

    A. Principe

    • Manuel doc. 1 et 2, p.152

    B. La datation avec le Carbone 14

    • Le carbone 14, du fait de sa demi-vie de 5370 ans, est particulièrement bien adapté à la mesure de durées de l’ordre de quelques dizaines de milliers d’années au plus. Le 14C est produit en haute atmosphère à partir de l’azote de l'air. On considère qu'il est produit régulièrement et qu'il est donc en proportion constante et connue dans tous les milieux et tous les êtres vivants.
      En réalité la concentration en 14C dépend des variations de flux cosmique responsable de la transformation de 14N en 14C, des variations du champ magnétique et des variations des échanges entre les réservoirs (hydrosphère, atmosphère et biosphère).
      Lorsqu'un animal ou une plante meurt, son métabolisme cesse et son carbone n'est plus renouvelé : le 14C qu'il contient au moment de sa mort se désintègre. Il en est de même pour le 14C d'un carbonate précipité et isolé, ou celui d’une masse d'eau isolée.
      En connaissant l’a proportion 14C / 12C dans le milieu, la mesure de la proportion 14C / 12C dans les restes d’êtres vivants (os, cheveux, bois, coquille) fournit la durée écoulée depuis la mort (isolement = fermeture du système). Au-delà de 30 000 à 40 000 ans, la quantité de 14C restante dans l'échantillon est insuffisante pour permettre une mesure fiable.
      Dans le cas du 14C, le calcul de l'âge est donc aisé, car la composition au moment de la fermeture est connue et on mesure la quantité d’isotope radioactif restant.

    C. Le couple potassium – argon (K-Ar)

    • Contrairement au 14C, dans le cas du couple K-Ar la quantité initiale de l'isotope issu de la désintégration radioactive est nulle au moment de la fermeture : ceci illustre le fait que pour calculer un âge il est équivalent de mesurer des rapports isotopiques exprimant le nombre d’isotopes disparus ou le nombre d’isotopes apparus lors de la réaction de désintégration radioactive.
    • Il permet d’aborder des datations de roches beaucoup plus anciennes.
    • La méthode au K-Ar permet de suggérer l’existence de limites à la datation absolue. L'isotope de l’argon existe en quantité non négligeable dans l'atmosphère et les fluides circulants : l'échantillon daté peut donc être contaminé et conduire à des dates erronées.
    • L'échantillon ne doit donc pas avoir été contaminé ou avoir présenté des signes d'échappement liés à un métamorphisme (élévation de température) ou à des phénomènes tectoniques.

    D. La méthode de datation la plus fréquente utilise un couple d’isotopes (Rubidium / Strontium, Rb87/Sr87) dont la quantité initiale d’isotopes est inconnue
    Manuel Boedas, doc. 2, p. 152

    • Il est possible d’approcher empiriquement l’alignement des mesures dans le repère des rapports isotopiques en simulant les deux (ou plus) constituants du même échantillon par deux (ou plus) sacs de boules colorées contenant la même proportion de boules représentant 87Sr, 87Rb et 86Sr, mais contenant des quantités différentes. Le « vieillissement » est réalisé en effectuant des tirages au hasard dans le sac. Chaque fois qu'une boule 87Rb est tirée, elle est remplacée par une boule 87Sr : chaque fois qu'une boule 87Sr ou 86Sr est tirée elle est remise dans le sac de départ (il est important de respecter un nombre suffisant de tirages pour satisfaire aux contraintes statistiques de ce type d’expérimentation).
    • En effectuant plusieurs mesures du rapport isotopique après n, m et p tirages (au cours du vieillissement), on observe que la pente de la droite augmente : la pente de la droite est fonction de l'âge de l'échantillon.
    • C'est la méthode de datation la plus courante, elle utilise un couple d’isotopes dont la quantité initiale d’isotopes est inconnue (nombre d’isotopes lors de la fermeture de l'échantillon), Ce cas général est plus complexe que les deux précédents puisque le problème de datation posé renferme deux inconnues :
    • - la quantité initiale d’isotope
    • - l'âge de l'échantillon.
    • Pour résoudre ce problème il est nécessaire de disposer d’au moins deux équations. Pour ce faire, on effectue une mesure sur deux constituants équivalents du même échantillon. Pour éviter le problème posé par le fait que les quantités initiales dans les deux échantillons des isotopes impliqués dans les réactions radioactives sont différentes, on mesure les rapports isotopiques qui sont bien sûr identiques (mais inconnus à l'origine).
    • Un isotope de 87Rb donne par désintégration un isotope de 87Sr La demi-vie est de 50 millions d’années (50.106 ans). Le 87Sr est un isotope stable tout comme le 86Sr qui n'est impliqué dans aucune réaction de désintégration. Dans ce qui suit, N87Sr et N86Sr représentent les nombres d’atomes de 87Sr et de 86Sr présents dans un fragment de roche ou un minéral à l’instant t et N87Rb représente le nombre d’atomes de 87Rb :
      D'après le document d'accompagnement au programme de 2002.

    E. Choix de l'isotope - Lien

    F. Qualité et pertinence de l'échantillon utilisé

    • La faisabilité de la datation et la qualité de la date calculée dépendent de:
      • la qualité et la pertinence de l'échantillon utilisé:
      • la période de l'isotope choisi pour l'analyse.
    • Qualité et pertinence de l'échantillon utilisé
      • La date que l’on obtient est celle qui correspond au moment où les isotopes de l'échantillon utilisé (fraction minérale, roche totale) ont été confinés : aucun constituant n’a pu quitter l'échantillon et aucun des constituants extérieurs n’a pu y entrer (contamination). À partir de cette date les éléments chimiques ont évolué spontanément en suivant les lois physiques de désintégration sans interaction avec le milieu, On parle de système fermé, On désigne par « fermeture » le moment où les échanges d'éléments chimiques entre les minéraux et éventuellement le verre de la roche cessent, La date trouvée est celle de la fermeture du système. On signale qu'en général les roches sédimentaires ne sont jamais des systèmes fermés. Sauf cas particuliers comme le 14C. La radiochronologie ne permet pas de dater les roches sédimentaires (dans ce cas, si le sédiment est récent, on contourne l’obstacle en datant les coquilles contenues, encore faut-il être certain qu'elles n’ont pas été remaniées). On se limite au cas des roches magmatiques et métamorphiques pour lesquelles, dans des conditions de pression données, la fermeture du système est due à l’abaissement de la température en deçà d'un certain seuil,
    • Période de l'isotope choisi pour l'analyse
      • Une fois le système fermé, la quantité d’isotope susceptible de se désintégrer diminue, La datation n'est valide que si l’on mesure des durées allant du centième à dix fois la période de l'isotope choisi.