Méthodes de datation appliquées et problèmes associés

L’objectif essentiel de la paléosismologie, en plus d’identifier la zone de la faille, est de dater les séismes passés à partir des dépôts quaternaires affectés par la faille.

Dans ce travail, trois techniques de datation ont été utilisées: ¹⁴C, OSL et analyses

de Pollen, parce que les matériaux datables par le radiocarbone (¹⁴C) sont très rares

dans la zone d’étude.

1.4.3.1. Radiocarbone (datation

C): Principe général

L'élément: le carbone a trois isotopes, ¹²C, ¹³C et ¹⁴C. Le radiocarbone est le nom

commun de l’atome ¹⁴C qui diffère d’atomes de carbone par sa masse et sa

radioactivité. La production de ¹⁴C est due à l’interaction des rayons cosmiques avec

les atomes d’azote de l'atmosphère :

Neutrons (rayon cosmique) + ¹⁴N (atmosphère)э

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C

Il circule dans l'atmosphère principalement sous forme de dioxyde de carbone CO2et

peut alors être intégré à la matière organique par les plantes. La datation ¹⁴C

suppose que le rapport ¹⁴C/¹²C est stable dans l’organisme vivant (Libby, 1947), et

que le ¹⁴C cesse d’entrer dans l’organisme lors de sa mort. En conséquence, la

quantité de ¹⁴C diminue avec le temps en raison de sa désintégration radioactive.

Cette désintégration est caractérisée par la période radioactive (ou la demi-vie) du

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C qui est de 5730 années. Par conséquent, après 5730 années la moitié des

atomes de ¹⁴C restent, après 11460 années cette proportion diminue à 1/4.

Libby (1947) est parti de l’idée que la comparaison du rapport ¹⁴C/¹²C mesuré dans

un échantillon de matière organique morte avec celui de l'atmosphère permet de déterminer l'âge de l’échantillon. Cet âge quantifie le temps écoulé entre la mort de l'organisme et le moment de la mesure. Deux méthodes sont utilisées pour mesurer

le rapport ¹⁴C/¹²C: 1) conventionnelle: mesure indirecte de l’activité de radiocarbone;

2) spectrométrie de masse (AMS), méthode directe pour calculer le rapport ¹⁴C/¹²C.

La deuxième méthode est privilégiée car elle demande peu de temps (1 heure), contre quelques jours ou semaines pour la première méthode et ne nécessite qu’une

faible quantité de matière organique, soit moins d’un milligramme contre plusieurs

grammes de ¹⁴C.

La relation qui permet d’estimer l’âge est donnée par : t=Ln A/A0×T/0.6931, avec:

- «t» = le temps écoulé depuis la mort de l’organisme,

- «A» = la quantité actuelle de ¹⁴C,

- «A0» = la quantité initiale,

- «T» = la demi-vie du ¹⁴C.

L’âge de l’échantillon est donné en «BP» (« before present »). Il y a trois éléments

important à connaître sur ces datations:1) Libby suppose que la quantité de ¹⁴C/¹²C

est stable, alors que la concentration de ¹⁴C n’est pas la même aujourd’hui qu’en

1950 à cause de l’activité humaine; 2) la demi-vie donnée par Libby est 5568 ans mais d’autres études indiquent un âge de 5700 ans; 3) 1950 est la date de référence à partir de laquelle le temps écoulé depuis la mort de l’organisme est mesuré. Donc il faut calibrer l’âge obtenu par cette relation ou le convertir en âge calendaire.

Matières datables par ¹⁴C : matière organiques, charbon de bois, bois, graines, des

os, de la tourbe, Pollen, tuf, coquilles, les boues d’un lac, le sol, les coraux, les textiles et tissus, restes de poissons.

Limitation et incertitude sur les âges

- La limite de datation est 50 000 ans, au-delà de laquelle la quantité de ¹⁴C

dans l’organisme devient trop faible pour être mesurée avec la technique actuelle

utilisée en datation¹⁴C.

- Le taux ¹⁴C/¹²C n’est pas constant au cours de temps, donc le laboratoire

doit corriger l’âge obtenu pour l’échantillon en utilisant des courbes de calibration dérivées d’échantillons de bois dont l’âge est connu (Pearson et al., 1986). Dû à l’irrégularité de ces courbes, l’âge calibré ne sera pas l’âge réel, on obtient pratiquement une fourchette d’âges.

- Contamination des échantillons par des matériaux naturels ou artificiels qui donne un âge plus récent ou plus ancien pour les résultats (Hogg, 1982). Exemples

de contaminations artificielles : cendre de cigarettes, cheveux, huile, papiers, etc. Exemples de contamination : pénétration des racines, acide humique, circulation de l’eau, etc.

1.4.3.2. OSL (Luminescence par stimulation optique)

Les sédiments enfouis depuis des milliers d’années à l’abri de lumière s’exposent à

l’énergie résultant de la radioactivité du Potassium ⁴⁰K, de l’Uranium ^238U et du

Thorium ²³²Th qui sont naturellement présents dans le sol. Cette radioactivité fait que

les électrons changent de niveaux énergétiques et s’accumulent dans des pièges présents dans les cristaux de quartz, zircon et feldspath. Si les sédiments sont exposés à nouveau à la lumière (irradiation de laboratoire), avec des longueurs d’ondes spécifiques, l’énergie accumulée va se libérer et les électrons reviennent à leur position initiale, provoquant l’émission d’un signal lumineux. Ceci est appelé la «luminescence stimulée optiquement ». Le signal émis se mesure via un appareil de haute sensibilité. L’intensité du signal dépend de la radioactivité du milieu où les sédiments sont enfouis ainsi que du temps d’exposition à cette lumière.

Ainsi, si on connait l’énergie initiale cumulée dans le sédiment depuis sa dernière

exposition à la lumière (dose équivalente «De»), c’est-à-dire quand il était à la surface, et la quantité annuelle d’énergie accumulée (dose annuelle «D»), on peut alors estimer la date de la dernière exposition à la lumière.

Pour la dose équivalente, elle peut se mesurer au laboratoire en comparant le signal de luminescence de l'échantillon avec son signal de luminescence à son état naturel en effectuant un blanchiment (remise à zéro par une exposition à la lumière du jour)

(Figure 1-19).

Age (k an) = De (Gy) / D (Gy/y) Gy est Gray, l’unité de radioactivité. Limitation et incertitude d’âge

- La datation OSL permet de dater des dépôts jusqu’à 40 000 ans.

- l’échantillonnage doit être effectué suivant un protocole précis (voir la

1.4.3.3. La palynologie

Il s’agit d’une méthode biologique basée sur l’étude des spores et grains de pollen accumulés, qui sont en général bien préservés dans les sédiments. Les spores et les grains de pollen se préservent bien dans le milieu humide comme les lacs, les chenaux, et résistent à la corrosion dans le milieu sec d’où ils sont extraits. L’analyse pollinique permet de dater les couches sédimentaires et surtout de connaître l’environnement végétal auquel appartiennent les spores ou les graines de pollen. Cela donne des informations sur le paléoclimat depuis le dernier maximum glaciaire, il y a environ 20 000 ans.

Au laboratoire, un traitement chimique s’applique aux échantillons par attaque acido-basique pour éliminer les minéraux et les matières organiques. Chaque échantillon est étudié par microscope. Le spécialiste compte et identifie la famille des spores et des pollens, et détermine leurs caractéristiques (taille, forme, structure, etc.). Ensuite, le spécialiste construit un spectre pollinique pour estimer le pourcentage de chaque famille (Maurice Reille, Leçon de palynologie, 1990) pour enfin réaliser un diagramme pollinique. La dernière étape est l’interprétation du diagramme: identification du milieu, de la végétation, du climat et de la période à laquelle les spores et les grains de pollens appartiennent.