Comment connaître l'âge des roches?

Quand on étudie l’Histoire, on a besoin de dater les événements pour avoir des points de repère. Pour faire de la géologie c’est pareil, il faut pouvoir déterminer l’âge des roches qu’on a sous les yeux pour comprendre leur histoire. De l’âge relatif à l’âge numérique: retraçons le fil des découvertes dans ce domaine passionnant de la géologie.

Spirale du temps géologique

Le temps géologique représenté sous forme de spirale (Image: domaine public/ Wikimedia commons)

La stratigraphie, science des couches

Un exemple de stratigraphie, avec l'âge des différentes couches

Stratigraphie locale avec le nom des différents étages au niveau du gouffre (flèche) de Roumégouse dans la région du Quercy (France). Les strates sont représentées de manière proportionnelle à leur épaisseur réelle. L’âge des différents étages (sub-divisions) du jurassique est indiqué dans le tableau. (Illustration originale: Thierry46/Wikimedia commons, modifiée)

Pendant longtemps, les géologues ont dû se contenter de donner un âge relatif aux roches qu’ils avaient sous les yeux, c’est-à-dire affirmer que telle roche est plus jeune que celle-ci et plus âgée que celle-là, sans pouvoir en donner le nombres d’années. Cependant, par des déductions assez simples, les géologues sont parvenus à des résultats très probants en étudiant la stratigraphie. Voici quelques règles tenues pour vraies par un géologue se trouvant devant un empilement de roches:

  1. Une strate se situant sous une autre strate s’est déposée avant et est donc plus âgée.
  2. Au moment de leur déposition les couches rocheuses sont horizontales. Si elles ne le sont plus aujourd’hui, cela signifie que des pressions sont venues les déformer et les déplacer.
  3. Les strates, à l’origine, sont des grandes bandes continues. Si elles se retrouvent déconnectées (par un canyon ou une faille par exemple), on peut déduire que les deux parties proviennent initialement d’un même dépôt et ont donc le même âge.

Les fossiles emprisonnés dans les roches sédimentaires sont un autre indice permettant de d’identifier le type de roche et de le dater. En effet, telle coquille fossilisée est typique de telle strate par rapport aux strates voisines, car cette période de sédimentation comprenait beaucoup de ces organismes. On peut donc déduire de la présence de fossiles de même type dans des strates distantes de plusieurs centaines de kilomètres, qu’elles se sont formées à la même période.

Dans une même région, à quelques kilomètres de distance, des strates peuvent s’intercaler ou au contraire disparaître. Cela peut s’expliquer par le fait que la zone en question n’a pas reçu de dépôts sédimentaires durant la période concernée, ou parce que l’eau et le vent ont érodé les couches rocheuses situées en surface. Néanmoins, en compilant les âges relatifs de plusieurs séquences stratigraphiques il est possible d’établir une échelle géologique renfermant de précieuses informations. On saura ainsi que telle couche de roche a pu se déposer à l’époque où des dinosaures marchaient sur Terre. On aura une idée du paysage et du climat à cette époque, même s’il n’est pas possible de dire combien de millions d’années en arrière elle a eu lieu.

Dis-moi la durée de ta demi-vie, je te dirai ton âge

Demi-vie

Illustration du concept de demi-vie (Image: Rédaction SimplyScience.ch)

Depuis les années 1950, des techniques basées sur la mesure d’éléments radioactifs contenus dans les roches ont permis de calculer leur âge (datation radiométrique), par exemple que telle roche s’est formée il y a 175 ± 1 millions d’années. Cette méthode, appelée datation radiométrique s’appuie sur le principe de désintégration radioactive d’isotopes instables (voir article «Le maïs devient du popcorn – une expérience culinaire de demi-vie»). Dans un minéral, la moitié d’un groupe de mêmes isotopes radioactifs va se désintégrer dans un temps donné qu’on appelle demi-vie. Le nombre de demi-vies écoulées depuis la fermeture d’une roche est défini par le rapport entre le nombre d’isotopes pères et fils de la roche (voir illustration ci-contre). Pour le couple potassium-40 (40K) et argon-40 (40Ar), la demi-vie a une durée de 1,3 milliards d’années. Donc après chaque 1,3 milliards d’années, la moitié des isotopes de 40K se sera transformée en 40Ar. Pour un autre couple d’isotopes, comme uranium-235 (235U) et plomb-207 (207Pb), la demi-vie est de 713 millions d’années.

Et la célèbre datation au carbone-14?

Le géologue utilisera l’un ou l’autre couple d’isotopes selon la durée de demi-vie mais aussi simplement si l’élément en question est présent dans la roche qu’on souhaite dater. Pour ces deux raisons, la fameuse datation au carbone-14 (14C) (voir article «Carbone (C)») est inappropriée pour les roches. En effet, les roches ne contiennent pas de 14C, car seuls les êtres vivants, par le biais de la photosynthèse, incorporent une infime fraction de cet isotope radioactif dans leurs tissus. En outre, la demi-vie du 14C est de 5’730 ans, ce qui signifie qu’après 70’000 ans il ne subsiste plus suffisamment de cet isotope pour pouvoir le détecter et donc fournir une datation. De fait, les roches sont souvent bien plus âgées. Les plus anciennes ont plus d’un milliard d’années et les plus jeunes en ont pour souvent au moins quelques millions. La technique du carbone-14 est donc essentiellement réservée pour le travail des archéologues s’intéressant aux débris hérités de peuples préhistoriques.

Les méthodes numérique et relative se complètent

Rappelons encore que la datation radiométrique indique l’âge depuis le moment où une roche s’est suffisamment refroidie. Dans le cas d’une roche sédimentaire, cette méthode ne dit rien du moment où les sédiments se sont déposés. Pour un grès constitué de sable solidifié, on peut savoir quand les grains de sable (du quartz en général) se sont solidifiés mais pas quand ces sables se sont consolidés pour former le grès. La stratigraphie est donc encore très utile en complément de techniques de datation numérique.


Texte: Rédaction SimplyScience.ch
Source: Marshak, S. (2014). Terre, portrait d'une planète. De Boeck.

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