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Un exemple de datation absolue La datation au carbone 14 de la déglaciation à la Barbade

par Thierry Lhuillier last modified 31 Jan 2010 23:13

Mise à jour : 02/07/2002


UBern.gif Gilles Delaygue
Laboratoire de Physique du Climat et de l'Environnement
Université de Berne

Prérequis

 

La fonction exponentielle est étudiée en mathématique.
Les principes physiques de la désintégration des éléments sont étudiés en physiques.

Les lieux de prélèvement

 

mapgeneral.gif Dans l'arc des Petites Antilles, sur l'île de la Barbade, a été étudiée une série de coraux fossiles, en partie émergés. Leur datation les fait remonter au dernier cycle glaciaire. Le plus ancien massif date de l'avant-dernier interglaciaire (125 000 ans). Il est situé à 40 m au dessus du niveau de la mer. Les coraux fossiles d'âge correspondant à la dernière déglaciation sont immergés et ont été échantillonnés par forage (Figure 1). Les Petites Antilles constituent un prisme d'accrétion, soulevé par la subduction de l'Atlantique sous la plaque Caraïbes.

Déroulement de la séance :

De façon à ne pas passer la séance à effectuer des calculs, il est souhaitable que les élèves effectuent chaque calcul une seule fois. L'utilisation d'un tableur permet alors de gagner du temps avec possibilité de construction des graphes pour les meilleurs élèves (voir l'aide dans la rubrique ressources).
D'autre part, on peut séparer le groupe d'élèves en deux. Un premier groupe construira la courbe de remontée du niveau de la mer en fonction de l'âge corrigé (n1.gif,n2.gif,n3.gif,n4.gif,n6.gif), l'autre groupe en fonction de l'âge calibré (,,n5.gif,,,). 
 

Ressources Activités Notions

Figure1 présentant la stratigraphie des carottes sédimentaires forées dans le massif corallien de la Barbade.

Fichier (ou tableau) présentant les mesures de radioactivité par comptage Bêta pour les échantillons de trois forages de la Barbade ainsi que de quelques îles voisines.

Principe du calcul

  • Calculer l'âge des échantillons à l'aide de la formule de décroissance radioactive.
  • R0 correspond au rapport 14C / 12C au moment de la fermeture du système (mort des coraux). Si on admet que ce rapport est resté constant au cours du temps, il est égal au rapport atmosphérique actuel. On peut alors calculer l'âge absolu. 

Les carbonates dissous dans l'eau de mer, à partir desquels les coraux fabriquent leurs parois, ne sont pas en équilibre pour le 14C avec l'atmosphère. Le temps d'équilibration du 14C dans la surface est en effet plus long que celui du 12C. Le rapport 14C/12C des coraux VIVANTS est ainsi environ 400 ans plus vieux que le rapport atmosphérique. C'est ce qu'on appelle "l'âge réservoir" de la surface océanique.

  • Corriger les dates obtenues pour les échantillons de cet effet.
  • Le rapport R0 correspond à une mesure atmosphérique. Les coraux vivant dans l'eau , une correction est nécessaire. 

Les coraux fossiles vieux de 125 000 ans sont situés à 40 m au dessus du niveau de la mer.

Le niveau marin il y a 125 000 ans était plus élevé d'environ 3m par rapport à l'actuel.

  • En admettant que les coraux vivent juste sous la surface de la mer, proposer deux schémas présentant les deux hypothèses qui expliquent l'altitude de ces coraux âges de 125 000 ans.
  • Corriger votre schéma en indiquant le niveau de la mer lors de l'avant-dernier interglaciaire.
  • De combien de mètre l'île s'est-elle surélevée en 125 000 ans?
  • Calculer la vitesse moyenne de surrection de l'île de la Barbade (en m pour 1000 ans).
  • L'altitude actuelle des échantillons est le résultat de mouvements tectoniques verticaux et de variations du niveau de la mer. 
  • Sur vote schéma précédent, représenter le prélèvement RGF-7 de 17,82 m pour l'actuel et pour la période de fermeture du système. Quelle est l'altitude par rapport au niveau de la mer actuel? 
  • Expliquer comment les coraux pouvaient-ils vivre à cette altitude(par rapport au niveau actuel de la mer). 
  • Corriger les profondeurs des échantillons du soulèvement tectonique. 
  • Après correction des mouvements tectoniques, les coraux se trouvent toujours au dessus du niveau actuel de la mer. Cette altitude correspond au niveau de la mer lorsque les coraux sont morts. 
  • Depuis 17 000 ans, le niveau de la mer augmente. 
  • La projection de la courbe à 20 000 ans montre qu'à l'époque, le niveau de la mer était inférieur de 120 m environ par rapport à l'actuel. 


Une autre technique de datation des carbonates fossiles, basée sur la décroissance radioactive du couple Uranium/Thorium, a permis de montrer que les âges 14C obtenus sont sous-estimés. En effet, ces âges sont basés sur le rapport R/R0 (cf. tableau), où R0 est le rapport isotopique actuel dans l'atmosphère. Ce rapport R0 n'est pas resté constant au cours du temps, ce qui introduit un biais sur l'estimation de l'âge des coraux. Différentes techniques de datation (comme U/Th) permettent de corriger ces âges 14C (on parle de "calibration" des âges). En première approximation, pour l'intervalle considéré, on pourra utiliser la relation de calibration:

 

Age vrai = 1.25 * Age 14C - 667

 

Corriger les âges 14C pour obtenir des âges vrais "calibrés". La constance du rapport R0 est une approximation. Celui-ci varie en fonction de l'activité solaire. 
  • Tracer la courbe de montée du niveau de la mer.
  • Encadrer la période correspondant à une remontée rapide du niveau de la mer. 
  • Comparer vos résultats avec ceux de l'autre groupe d'élèves. 
  • Cette période correspond à la fonte rapide des calottes glaciaires. Il s'agit donc de l'âge de la dernière déglaciation. 
  • La calibration de l'âge introduit une différence de datation de la déglaciation d'environ de 2 000 ans. 

Conclusion

 

  • Sur le principe de datation absolue


Alors que le principe de décroissance radioactive est intangible et laisse croire à une précision extrême des datations utilisant ce principe, la non prise en compte des paramètres environnementaux introduit une erreur non négligeable. Alors que les scientifiques sont conscients des intervalles d'incertitude, ceux-ci sont néanmoins rarement précisés dans les publications. 

  • Sur les variations du niveau de la mer


Cette étude montre que lors de la dernière glaciation, le niveau de la mer était environ de 120 m en dessous du niveau actuel.
Le site de la Barbade est d'interprétation difficile car indépendamment de cette variation du niveau de la mer se superpose une surrection tectonique de la région. 
Le calcul proposé postule que cette surrection s'est effectuée à vitesse constante. Etant donné la très faible durée de la période d'étude (125 000 ans), ceci ne doit pas être très loin de la vérité. 

 

Les réponses

 

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