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En quoi consiste la datation isotopique ?

 

La datation isotopique a constitué une véritable révolution en géologie et en archéologie. Elle a permis de résoudre bien des énigmes et a donné une dimension nouvelle au temps en géologie.

 

 

Les principaux isotopes qui interviennent dans la datation isotopique 

isotopes_tableau.jpg

Noyau pèreDésintégrationNoyau filsConstante radioactivelambda.jpgDemi-vie t1/2
14Cbeta.jpg-14N1,209.10-4 a-15 730 a
40Kbeta.jpg+40Ar5,81.10-11 a-111,9 Ga
40Kbeta.jpg-40Ca4,962.10-10 a-11,40 Ga
87Rbbeta.jpg-87Sr1,42.10-11 a-148,8 Ga
138Labeta.jpg- 138Ce2,67.10-12 a-1 259,6 Ga
147Sm alpha.jpg143Nd6,54.10-12 a-1 106 Ga
176Lubeta.jpg-176Hf1,94.10-11 a-1  35,7 Ga
187Rebeta.jpg-187Os1,64.10-11 a-142,3 Ga
232Thchaîne208Pb4,9475.10-11 a-114,0 Ga
235Uchaîne 207Pb9,8485.10-10 a-10,704 Ga
238Uchaîne208Pb1,55125.10-10 a-14,47 Ga

 

Principe de la radiochronologie

  • L'échantillon à dater doit répondre à certains critères. Il faut que les isotopes mesurés soient restés "quot;piégés" dans l'échantillon. Aucun constituant ne doit avoir quitté l'échantillon et aucun constituant extérieur ne doit y être entré. On dit alors que le système est "fermé". En géologie, les roches sédimentaires ne peuvent donc pas être datée par radiochronologie puisqu'elles ne constituent généralement pas des systèmes fermés. Les roches magmatiques et métamorphiques le peuvent. L'âge déterminé correspond alors à la fermeture de la "boîte" c'est-à-dire à l'achèvement du processus de cristallisation des minéraux.

 

  • Pour dater un échantillon, il faut commencer par choisir l'isotope radioactif à utiliser selon l'âge à déterminer. Cet âge doit être compris entre un centième et dix fois sa demi-vie. Au delà, tous les noyaux ont été désintégrés et toute mesure est impossible ! Cet isotope ne doit pas être lui-même radiogénique (c'est-à dire issu d'une désintégration radioactive).

 

  • Ensuite, il faut procéder à des mesures. On peut :
- soit mesurer l'activité des noyaux radioactifs qu'il contient avec un compteur.
- soit mesurer directement la population d'isotopes radioactifs présent dans l'échantillon en utilisant un spectromètre de masse. C'est plutôt cette méthode qui est généralement choisie.
 
  • Ensuite, il faut procéder à des calculs.
On considère un noyau radioactif "père" qui se transforme progressivement en noyau radioactif "fils" appelé isotope radiogénique. Soit N la population de noyaux pères radioactifs présents actuellement dans l'échantillon à dater. Soit N0, la population de noyaux pères initialement présents dans cet échantillon.

On assimile l'échantillon à une "boîte" fermée depuis sa formation jusqu'à aujourd'hui. La fermeture du système correspond à l'arrêt de tout échange d'isotopes avec l'environnement extérieur. La population de noyaux radioactifs restants est donnée par la loi de décroissance radioactive :

solu_loi_dec.jpg(avec t, le temps écoulé depuis la fermeture de la boîte et lambda.jpg, la constante radioactive de la désintégration).

En connaissant N0,lambda.jpget mesurant N, on peut dater l'échantillon :

t(datation).jpg

Si on mesure l'activité A  de l'échantillon plutôt que la population de noyaux N alors :

t(datation)2.jpg

 

Un sérieux problème !

Expérimentalement, il est difficile d'évaluer la population initiale N0 pour un noyau radioactif donné. Les méthodes où l'on connaît N0 concernent les isotopes radioactifs C14.jpg et beryllium10.jpg. Dans le cas contraire, on contourne ce problème en utilisant l'isotope stable fils produit par la désintégration radioactive (l'isotope radiogénique) du noyau père radioactif. Ces méthodes de datation sont utilisées en géologie. Quelques unes seront développées ici.

 

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