La chronologie Iode-Xénon

Source : Claude ALLEGRE, Géologie isotopique, Belin-Sup, 2005.

• L'iode est un élément chimique qui possède un isotope stable, l'iode 127. L'iode 129 est un isotope radioactif de période courte (17 millions d'années) qui se désintègre pour former du xénon 129 stable. Ce xénon 129 se retrouve en grande quantité dans certaines météorites. Les noyaux d'iode 129 ont été formés lors de l'explosion d'une supernova au voisinage de notre système solaire actuel (par nucléosynthèse).

Soit ¹²⁹I(0), le nombre de noyaux radioactifs tous identiques présents dans l'échantillon au temps t=0, correspondant à la fin du processus de nucléosynthèse.

Au bout d'un temps t, le nombre de noyaux d'iode 129 a diminué. Soit ¹²⁹I(t), le nombre de noyaux radioactifs tous identiques présent dans l'échantillon à la date t. La loi de décroissance radioactive nous donne :

• Supposons qu'au temps t₁ une partie de l'iode soit incorporée à une météorite I et qu'au temps t₂, une autre partie le soit dans une météorite II. On a alors :

(a)

Avec K₁ et K₂ les facteurs d'incorporation de l'iode entre le nuage interstellaire et chacune des météorites (c'est-à-dire le rapport entre la concentration de l'iode dans le nuage interstellaire et celle de la météorite).

• On ignore les valeurs de K₁, K₂ et ¹²⁹I(O). Pour en déduire une chronologie, il faut éliminer ces inconnues. Pour cela, on va diviser les expressions (a) par la quantité d'iode 127. On peut en effet supposer que l'incorporation de l'iode par les météorites obéit aux mêmes règles pour l'iode 127 et pour l'iode 129 (mêmes propriétés chimiques). On a donc les mêmes facteurs d'incorporations pour les deux isotopes. On obtient les rapports isotopiques suivants :

(b)

• Il reste maintenant une seule inconnue, le rapport isotopique de l'iode à la fin du processus de nucléosynthèse . On peut supposer qu'il était identique dans tout le système solaire (donc pour toutes les météorites). On va donc faire le rapport entre les deux rapports isotopiques des deux météorites (expressions (b)). On obtient :

La mesure du rapport dans deux météorites permet donc en principe de calculer l'intervalle de temps écoulé entre la formation de ces deux météorites (t₂-t₁).

• Il reste à déterminer ces rapports isotopiques au moment de la formation de la météorite. Or l'échantillon ne contient plus d'iode 129 car sa période radioactive est courte (17 millions d'années). En effet, dans chaque échantillon, l'iode 129 s'est totalement désintégré pour former du xénon 129 stable (radiogénique). On a donc : .On va donc utiliser le xénon 129.

Pour chaque météorite, on exprime la quantité totale de xénon 129  c'est-à-dire la somme du xénon 129 présent initialement et du xénon 129 radiogénique.

 Pour chaque météorite, le rapport devient :

Le problème revient donc à mesurer la fraction de l'iode 129 radiogénique dans le xénon total, puis de mesurer le rapport chimique  (on le note ainsi parce que l'iode est totalement constitué d'iode 127).

En choisissant deux météorites et en calculant les compositions isotopiques de l'iode par les mesures indiquées précédemment, on peut donc déterminer l'âge relatif entre ces deux météorites. Cet intervalle de temps étant très bref (quelques millions d'années) et l'incertitude faible, on dispose donc d'une chronologie relative absolue !

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