5,1/ Le temps et les roches

5,1,2/ La chronologie absolue

Rappel acquis

Vu en enseignement scientifique de 1ères :

La decouverte de la radioactivite a la fin du XIX° siecle a contribué à résoudre la question de la datation de l'age de la Terre en remettant en question les dogmes précédents. Comment la radioactivité a-t-elle permis de déterminer l'âge de la Terre avec précision ?

La radioactivité est un phénomène naturel sur lequel repose la radiochronologie car la désintégration radioactive est proportionnelle au temps, elle permet donc d’accéder à une datation. Dater n’importe quel minéral ne revient pas à déterminer l’âge de la Terre car certains minéraux sont nés après la naissance de la terre. Les météorites permettent d’avoir des données sur la formation de la terre. Certains couples d’isotopes sont pertinents pour donner un âge à la Terre : il faut T_1/2 > 4 Ga donc K/Ar (12Ga) ; Rb/Sr (49Ga) ; Sm/Nd (106Ga) ; U238/Pb (4,47Ga).

Réponses aux 3 questions ci-dessous à partir de la page https://www.lelivrescolaire.fr/page/6877555 ….

Doc. 1 : Expliquez pourquoi on peut qualifier un système (élément père-élément fils) de chronomètre radioactif.ⁱ
Doc. 2 & 4 : Précisez les différentes étapes de la méthode utilisée par Patterson pour dater la formation de la Terre.ⁱⁱ
Doc. 3 : Justifiez l’intérêt d’utiliser des météorites pour déterminer l’âge de la Terre.ⁱⁱⁱ

1/ Principes de datation absolue

Video 4’sur 14C: https://www.cea.fr/multimedia/Pages/videos/culture-scientifique/physique-chimie/datation-carbone-14.aspx

logiciel « radioactive dating game » : https://phet.colorado.edu/en/simulations/radioactive-dating-game

logiciel "radiochronologie" : http://svt.ac-amiens.fr/040-vue-d-ensemble-des-logiciels-de-m-madre.html

logiciel "radiochronologie" RbSr :https://svt.spip.ac-rouen.fr/spip.php?article334

Identifier les caractéristiques (demi-vie ; distribution) de quelques chronomètres reposant sur la décroissance radioactive, couramment utilisés dans la datation absolue : Rb/Sr, K/Ar, U/Pb.

Comprendre le lien, à partir d’un exemple, entre les conditions de fermeture du système (cristallisation d’un magma, ou mort d’un organisme vivant) et l’utilisation de chronomètres différents.

Mobiliser les bases physiques de la désintégration radioactive.

La désintégration radioactive est un phénomène continu et irréversible ; la demi-vie (=période) d’un élément radioactif est caractéristique de cet élément.

Différents chronomètres sont classiquement utilisés en géologie. Ils se distinguent par la période de l’élément père.

Le choix du chronomètre dépend de l’âge supposé de l’objet à dater, qui peut être appréhendé par chronologie relative.

2/ Datation de météorites par radiochronologie

Déterminer l’âge des météorites après avoir tracé le graphique et appliqué la formule t = ln (A+1) / λ

Échantillon	87Rb/86Sr	87Sr/86Sr
1	0,758	0,74864
2	0,7255	0,7465
3	1,52	0,79891
4	1,49	0,79692
5	1,555	0,80152
6	1,685	0,80952
7	0,1542	0,7091
8	0,1533	0,70895

aide : Saisir les données ci-dessus, collez-les dans un logiciel tableur (calc ou excel)

• Sélectionner l’ensemble des cases

• Insérer un graphique type X-Y (points)

• clic-droit sur la courbe ou les points, afficher la courbe de tendance (et son équation)

• Déterminer l’âge des météorite grâce à la formule (que vous pouvez recopier dans le tableur)

3/ Datation d’une roche par radiochronologie

Datez une roche à l’aide des données de l’échantillon

utiliser les apports complémentaires de la chronologie relative et de la chronologie absolue pour reconstituer une histoire géologique.

La quantification de l’élément père radioactif et de l’élément fils radiogénique permet de déterminer l’âge des minéraux constitutifs d’une roche.

Les datations sont effectuées sur des roches magmatiques ou métamorphiques, en utilisant les roches totales ou leurs minéraux isolés.

L’âge obtenu est celui de la fermeture du système considéré (minéral ou roche). Cette fermeture correspond à l’arrêt de tout échange entre le système considéré et l’environnement (par exemple quand un cristal solide se forme à partir d’un magma liquide). Des températures de fermeture différentes pour différents minéraux expliquent que des mesures effectuées sur un même objet tel qu’une roche, avec différents chronomètres, puissent fournir des valeurs différentes.

4/ Observation de lames minces de roches au microscope

Observez une roche au microscope, identifiez les minéraux

prezzi des roches à connaître : http://prezi.com/aanufhjcxh-p/?utm_campaign=share&utm_medium=copy

FT fournies au TP de Bac (ECE) : https://tribu.phm.education.gouv.fr/portal/pagemarker/12/cms/default-domain/workspaces/securite-dans-les-labo-svt/ressources-ece/documents-ece?displayContext=taskbar&scope=__nocache&addToBreadcrumb=0&displayLiveVersion=1

clef de détermination Oehmichen (pdf) : http://www.geologues-prospecteurs.fr/documents/mineraux/images/3.pdf

collection de minéraux : http://www.groupes.polymtl.ca/glq1100/mineraux/identification.html

collection de lames minces : http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/photossql/photos.php?TopicID=Lames

collection de lames minces : http://www.lame-mince.com/examples-lame-mince.html

atlas minerals / Siddall, London : http://www.ucl.ac.uk/~ucfbrxs/PLM/PLMhome.html

atlas de lames minces Minéraux et roches / Aubry, Caen : http://www.etab.ac-caen.fr/discip/geologie/Micropol/index.html

article de minéralogie au microscope polarisant : http://www.svt-monde.org/spip.php?article26

site complet : http://ressources.unisciel.fr/petronille/co/module_petronille.html

lames minces en photo : http://avg85.fr/category/lames-minces-de-roches/

site de F.Laubane : http://www.macromicrophoto.fr/petrography/index.html

Observer les auréoles liées à la désintégration de l’uranium dans les zircons au sein des biotites.

Netothèque

logiciel « radiochronologie » : http://svt.ac-amiens.fr/040-vue-d-ensemble-des-logiciels-de-m-madre.html

jeu « radioactive dating game » : https://phet.colorado.edu/fr/simulation/legacy/radioactive-dating-game

pour apprendre à reconnaître les minéraux et roches : manuel p.398-399

tableau récapitulatif Dijon (doc) : http://svt.ac-dijon.fr/dyn/article.php3?id_article=261

collection de roches : http://geoeco.ifrance.com/g%E9ologie/collec.html

collection de lames minces : http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/photossql/photos.php?TopicID=Lames

clef de détermination Tlse (html) : http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/lycee/segui/mineralogie/fiche.htm

clef de détermination Oehmichen (pdf) : http://www.google.fr/url?sa=t&rct=j&q=identification+min%C3%A9raux+microscope&source=web&cd=1&ved=0CCUQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.lyc-oehmichen.ac-reims.fr%2Fcontenu%2Fdiscipline%2Fsvt%2F01_Pour_Observation2%2FIdentification_des_mineraux.pdf&ei=ih9kUP_rKorM0AWbjoCoCg&usg=AFQjCNHuA10fkEWvcu9xBWoHpXz13EnO9Q

clef de détermination Grbl : http://www.ac-grenoble.fr/svt/SITE/prof/outiensei.htm

atlas rocks & minerals / Ratajeski : http://www.geolab.unc.edu/Petunia/IgMetAtlas/mainmenu.html

atlas minerals / Siddall, London : http://www.ucl.ac.uk/~ucfbrxs/PLM/PLMhome.html

atlas de roches et minéraux webminéral BRGM :

atlas de minéraux : http://www.brocku.ca/earthsciences/people/gfinn/minerals/database.htm

atlas de lames minces Minéraux et roches / Aubry, Caen : http://www.discip.crdp.ac-caen.fr/svt/cgaulsvt/travaux/Micropol/index.html

article de minéralogie au microscope polarisant : http://www.svt-monde.org/spip.php?article26

prezzi des roches à connaître : http://prezi.com/aanufhjcxh-p/?utm_campaign=share&utm_medium=copy

Bilan / chronologie absolue

La désintégration radioactive est un phénomène continu et irréversible ; la demi-vie d’un élément radioactif est caractéristique de cet élément.

La quantification de l’élément père radioactif et de l’élément fils radiogénique permet de déterminer l’âge des minéraux constitutifs d’une roche.

Différents chronomètres sont classiquement utilisés en géologie. Ils se distinguent par la période de l’élément père.

Le choix du chronomètre dépend de l’âge supposé de l’objet à dater, qui peut être appréhendé par chronologie relative.

Les datations sont effectuées sur des roches magmatiques ou métamorphiques, en utilisant les roches totales ou leurs minéraux isolés.

L’âge obtenu est celui de la fermeture du système considéré (minéral ou roche). Cette fermeture correspond à l’arrêt de tout échange entre le système considéré et l’environnement (par exemple quand un cristal solide se forme à partir d’un magma liquide). Des températures de fermeture différentes pour différents minéraux expliquent que des mesures effectuées sur un même objet tel qu’une roche, avec différents chronomètres, puissent fournir des valeurs différentes.

Notions fondamentales : chronologie, principes de datations absolue, chronomètres.

Précisions : la connaissance de l’échelle stratigraphique internationale n’est pas attendue. On se limite en chronologie absolue à l’étude des roches magmatiques pour laquelle la fermeture du système est due à l’abaissement de la température au-delà d’un certain seuil. L’étude des principes physiques de la désintégration des éléments radioactifs servant aux datations et les développements mathématiques permettant de déterminer l’âge des roches ne sont pas exigibles.

Utiliser les relations géométriques pour établir une succession chronologique d’événements à partir d’observations à différentes échelles et sur différents objets (lames minces observées au microscope, affleurements, cartes géologiques).

Observer une succession d’associations fossiles différentes dans une formation géologique et comprendre comment est construite une coupure stratigraphique (par exemple par l’étude des successions d’ammonites, de trilobites ou de foraminifères).

Comprendre les modalités de construction de l’échelle stratigraphique ; discuter les fondements et la validité des différents niveaux de coupures.

Observer les auréoles liées à la désintégration de l’uranium dans les zircons au sein des biotites.

Mobiliser les bases physiques de la désintégration radioactive.

Identifier les caractéristiques (demi-vie ; distribution) de quelques chronomètres reposant sur la décroissance radioactive, couramment utilisés dans la datation absolue : Rb/Sr, K/Ar, U/Pb.

Comprendre le lien, à partir d’un exemple, entre les conditions de fermeture du système (cristallisation d’un magma, ou mort d’un organisme vivant) et l’utilisation de chronomètres différents.

Extraire des informations à partir de cartes géologiques ; utiliser les apports complémentaires de la chronologie relative et de la chronologie absolue pour reconstituer une histoire géologique.

iAu cours du temps, les éléments pères se désintègrent, Le nombre d’atomes pères diminue selon une loi exponentielle
La désintégration des éléments radioactifs en fonction du temps étant régulière on peut dater le système en fonction du nombre d’éléments restant depuis la fermeture du système

iiTracer l’isochrone → pente → coef dir → formule

iiiLa Terre et les météorites ayant été formées par l'agglomération des particules de la même nébuleuse (nébuleuse solaire), elles ont des compositions et des âges similaires.