III La géologie, une science historique Juliette

III La géologie, une science historique

Juliette

A _ Datation relative : situer les événements dans le temps les uns par rapport aux autres.

Relations géométriques : elles permettent d’ordonner la chronologie de formations ou de phénomènes géologiques.

*Principe de superposition : ce qui est au-dessus est postérieur à ce qui est en-dessous.

*Principe de recoupement : ce qui recoupe est postérieur à ce qui est recoupé.

*Principe de déformation continue : ce qui déforme est postérieur à ce qui est déformé.

*Principe d’inclusion : ce qui inclut est postérieur à ce qui est inclus.

*Principe d’horizontalité : les couches sédimentaires se déposent horizontalement ; une strate (ou couche) sédimentaire qui n’est pas en position horizontale a subi des déformations postérieures à son dépôt.

La stratigraphie (étude de la succession des couches géologiques) : met en correspondance des informations obtenues sur des séries sédimentaires éloignées, par des corrélations.

La biostratigraphie se fonde sur le contenu fossilifère des roches pour caractériser des intervalles de temps et les classer de façon relative.

*Principe de continuité : une même couche a le même âge sur toute son étendue.

*Principe d’identité paléontologique : un fossile a le même âge que la roche dans laquelle il est inclus. Deux roches possédant les mêmes fossiles ont le même âge.

*Critère d’utilisation des fossiles stratigraphiques : faible extension verticale (= dans le temps), grande extension horizontale (= dans l’espace), population importante.

Limites d’application :

*Terrasses alluviales étagées

*Coulées volcaniques

*Dyke bloqué dans son ascension

Les différents types de stratotypes :

Stratotype = un affleurement de référence « type » désigné pour définir un étage, la plus petite division de l’échelle stratigraphique.

*Stratotype d’unité : ensemble de strates caractérisé par une lithologie et un mode de stratification d’une part, et par

un contenu paléontologique d’autre part, qui sert d’étalon pour la définition et l’identification d’un étage ; il tire son nom du lieu où il a été décrit.

*Stratotype de limite : caractérise une limite d’un étage et comprend un ensemble continu de couches situées de part et d’autre de la limite. Ex : la limite GSSP (= base des stratotypes d’unité) est précisément identifiée et marquée sur le terrain à l’aide d’un « clou d’or » scellé dans la roche.

Echelle stratigraphique :

Les méthodes de chronologie relative conduisent à l’établissement d’une échelle mondiale des temps géologiques, l’échelle chronostratigraphique.

Les modifications paléontologiques sont les principaux critères pour établir des coupures de différents rangs dans les temps géologiques (éons, ères, périodes, séries, étages).

Age (Ma)

Eon Ere Période

-2

Trias Permien Carbonifère

= houiller Dévonien Silurien Ordovicien

Cambrien

-2500 Protérozoïque

-4000 Archéen

-4600 Hadéen

M é s o z o ï q u e

Divisions stratigraphiques

Paléogène = Nummulitique

Crétacé

Jurassique

P h a n é r o z o ï q u e

Pré- cambrien

-65

-245

C é n o z o ï q u e

Quaternaire

P a l é o z o ï q u e

Néogène

B _ Datation Absolue : donne accès à la valeur de l’âge et étalonne l’échelle stratigraphique

La datation absolue est fondée essentiellement sur la radiochronologie.

Principe de la datation radiochronologique :

Toute roche ou tout minéral possède des éléments radioactifs, au moins sous forme de traces.

Un couple (élément père radiogène/élément fils radiogénique) est ainsi utilisable en datation absolue : utilisé comme géochronomètre.

On obtient l’équation suivante : ^𝑑𝑃

𝑑𝑡 = −𝜆𝑃 => 𝑃 = 𝑃₀𝑒^−𝜆𝑡

lLa quantité en élément fils est telle que : 𝐹 = 𝐹₀+ (𝑃₀− 𝑃) =>

𝐹 = 𝐹₀+ 𝑃(𝑒^𝜆𝑡− 1)

Par ailleurs, on peut aussi déterminer la demi-vie (ou période) de l’élément radioactif : T.

A T : 𝑃 = ^𝑃₂⁰ d’où 𝑇 =^{ln 2}_𝜆

t = temps écoulé depuis la cristallisation de la roche (=fermeture du système)

λ= constante de désintégration radioactive.

Conditions et limites d’utilisation des méthodes de datation absolue : L’élément doit être contenu dans la roche.

La période du couple doit être compatible avec l’objet à dater (âge à déterminer compris entre T/100 et 10T).

On date la fermeture du système, c’est-à-dire le dernier évènement ayant affecté la roche ou le minéral.

Roches magmatiques : *volcaniques : droite isochrone à partir de différents minéraux d’une même roche.

*plutonique : droite isochrone à partir de plusieurs échantillons d’une même roche.

Roches métamorphique : la pente de la roche totale est différente de celle pour chaque échantillon.

Roches sédimentaires : pas de datation absolue possible.

Limites pratiques : coût et érosion.

Comparaison méthodes K/Ar et Rb/Sr et leur domaine d’application : 𝐹 = 𝐹₀+ 𝑃(𝑒^𝜆𝑡− 1) F, P : mesurés mais F₀ inconnu

Méthode K/Ar :

Certains minéraux des roches magmatiques sont riches en potassium. Parmi les différents isotopes du potassium, ⁴⁰K est instable et se désintègre selon deux voies possibles, dont 10.5% den ⁴⁰Ar.

Si l’on choisit des minéraux riches en potassium (feldspath orthose, mica blanc), la quantité ⁴⁰Ar0 est négligeable devant celle en K.

On obtient alors la relation : ⁴⁰Ar = 0.105*⁴⁰K(𝑒^−𝜆𝑡− 1)

Méthode Rb/Sr :

87Rb, isotope instable du rubidium, se désintègre en ⁸⁷Sr, isotope stable du strontium. Les quantités de ces isotopes variant au cours du temps, on peut les utiliser comme géochronomètre.

Dans le cas du couple Rb/Sr, F₀ est inconnu. On transforme alors la relation en :

87𝑆𝑟

86𝑆𝑟 = [⁸⁷𝑆𝑟

86𝑆𝑟]₀+⁸⁷𝑅𝑏

86𝑆𝑟 (𝑒^−𝜆𝑡− 1)

86Sr0 est également inconnu, mais on montre sur les roches actuelles que le rapport [⁸⁷Sr/⁸⁶Sr]0 est le même pour tous les minéraux d’une même roche : ce terme est donc une constante que l’on note b.

87Sr/⁸⁶Sr est mesurée, c’est la valeur de l’ordonnée : donc le terme Y de l’équation. ⁸⁷Rb/86Sr est mesuré, c’est la valeur de l’abscisse, donc le terme X de l’équation.

L’équation devient alors Y = b + X, c’est une équation linéaire de droite, avec= a = (𝑒^−𝜆𝑡-1), pente de la droite.

Le temps t qui correspond à l’âge de la roche pourra donc être déterminé graphiquement, à partir de la pente de la droite.

Attention : dans le cas de roches métamorphiques, la pente de la roche totale est différente de celle pour chaque échantillon.

Pente = a = (𝑒^−𝜆𝑡-1) => t= ^{ln (𝑎+1)}

𝜆 avec a = ^Δ𝑦

Δ𝑥

Intérêt construction d’un isochrone :

L’isochrone nous permet de déterminer la pente de l’équation générale reliée à la roche, ce qui permet de tirer l’âge de la roche.