GÉOCHRONOLOGIE ou DATATION, géologie

La géochronologie est la branche de la géologie qui a pour objet la datation des diverses formations de la croûte terrestre. À côté de la géochronologie « relative », fondée essentiellement sur la stratigraphie et le paléomagnétisme, la géochronologie « absolue » et, plus précisément, la radiochronologie visent à obtenir des estimations quantitatives de l'âge des événements géologiques. On exposera ici les diverses méthodes de la géochronologie absolue, la géochronologie relative étant traitée dans l'article stratigraphie.

Sauf cas très particuliers, la stratigraphie ne permet pas de donner l'âge réel d'une formation géologique. Depuis le xviii^e siècle, on a tenté d'évaluer la durée des temps géologiques. Les estimations anciennes, fondées surtout sur des exégèses abusives de textes sacrés, parurent très vite insuffisantes, eu égard à la grande lenteur des phénomènes géologiques. Au xix^e siècle, la durée des temps fossilifères est évaluée, suivant les auteurs, de 100 000 ans à 3 millions d'années. Les tentatives un peu sérieuses de l'époque s'appuient sur la détermination des vitesses d'accumulation des sédiments, ou sur le temps nécessaire à la réalisation du stock actuel de sel des océans. William Thomson (lord Kelvin) obtient, par l'étude du bilan thermique du globe, une estimation de cent millions d'années pour l'âge de la Terre ; cette valeur paraît encore trop faible aux géologues, et, dès les premiers travaux d'Antoine Henri Becquerel et des Curie, John Joly (1906) montre que la radioactivité est le seul processus naturel, apparemment indéréglable, susceptible de fournir une « horloge géologique » digne de confiance.

Les méthodes de la radiochronologie reposent sur le principe suivant : soit un radioélément A contenu dans un minéral au moment de sa cristallisation et se transformant en un élément B ; le rapport des concentrations A/B dans le minéral à un instant donné est une fonction de la période de A et de l'âge du minéral.

Bien que des essais valables aient été faits dès 1906, la radiochronologie, pour des raisons techniques (difficultés de dosage notamment), n'a pris vraiment son essor qu'à partir de 1945. Dans de nombreux cas, l'interprétation des résultats demeure délicate ; les éléments radioactifs utilisés, dont le nombre est d'ailleurs assez limité pour l'instant (on en compte à peine une dizaine), sont relativement rares dans la lithosphère, étant localisés en général dans des minéraux particuliers.

Les méthodes radiochronologiques restent cependant les plus sûres pour une chronologie absolue des temps géologiques ; les autres méthodes n'interviennent qu'en complément dans des cas très précis.

Les méthodes radiochronologiques

Dans un système clos (le minéral ou la roche à dater), s'il existe à un instant « zéro » (date de la consolidation en première approximation) un nombre N₀ d'atomes radioactifs d'un nuclide donné, caractérisé par sa constante radioactive λ (λ = 0,693 T^-1, T étant la période), il reste au bout du temps t :

Trois types de méthodes radiochronologiques existent :

a) si le nuclide radiogénique est stable, on déduit l'âge du système de la détermination expérimentale de N et N′ :

b) si l'élément radiogénique est lui-même radioactif (cas des éléments intermédiaires des séries de l'uranium et du thorium), il s'établit dans certains cas entre le « nuclide père » et le « nuclide fils » un équilibre radioactif ; à ce moment, il existe un rapport constant entre les proportions du nuclide père et celles du nuclide fils ; tant que l'équilibre radioactif n'est pas atteint, l'écart à cet équilibre[...]