Le temps et les roches : lire l'histoire de la Terre
Les roches sont les pages du grand livre de l'histoire de la Terre. Apprenons à les déchiffrer ! 📖
Introduction
Comment savoir qu'une montagne est plus ancienne qu'une autre, ou qu'un continent s'est déchiré il y a 200 millions d'années ? Contrairement aux historiens, les géologues n'ont pas de livres d'archive. Leur documentation, ce sont les roches elles-mêmes, empilées, déformées, érodées au fil des temps géologiques. Déterminer l'âge des événements qui ont façonné notre planète est une enquête scientifique passionnante, reposant sur une double approche : établir un ordre (qui est le plus ancien ?) puis donner un âge en années.
Si vous trouviez un fossile de dinosaure dans une couche de grès, sous une couche de lave, que pourriez-vous en déduire sur l'histoire du lieu ?
1🧱 Les principes de la datation relative
La datation relative permet d'ordonner dans le temps des événements géologiques ou biologiques les uns par rapport aux autres, sans donner d'âge chiffré. Elle repose sur des principes logiques établis dès le XVIIe siècle, considérés comme valables à l'échelle des temps géologiques.
Méthode permettant d'établir l'ordre chronologique d'événements géologiques en se basant sur leurs relations spatiales (qui est au-dessus, qui recoupe qui).
Le principe fondamental est le principe de superposition : dans une série sédimentaire non déformée, la couche la plus basse est la plus ancienne, la couche la plus haute est la plus récente.
D'autres principes complètent cette analyse :
- Principe de recoupement : une structure géologique (faille, dyke) qui en recoupe une autre est plus récente qu'elle.
- Principe de continuité : une même couche sédimentaire, retrouvée en deux endroits distincts, est de même âge.
- Principe d'identité paléontologique : deux couches contenant les mêmes fossiles caractéristiques sont du même âge.
2⏳ De la chronologie relative à l'âge absolu
La datation relative donne une succession, mais pas de durée. Pour dater en années, on utilise la datation absolue (ou radiochronologie). Cette méthode exploite la désintégration radioactive d'éléments chimiques présents dans les minéraux, qui se comportent comme des horloges géologiques.
Méthode de datation absolue basée sur la mesure du rapport entre la quantité d'un isotope radioactif père et celle de son isotope fils stable dans un échantillon de roche.
Le principe est universel : un isotope père (ex: Potassium 40) se désintègre en un isotope fils (ex: Argon 40) à un rythme constant, défini par sa demi-vie (temps au bout duquel la moitié des atomes pères s'est désintégrée). En mesurant le rapport Père/Fils dans un minéral qui a cristallisé en « fermant » le système (comme un grain de mica), on peut calculer le temps écoulé depuis sa formation.
Chaque couple isotopique a une demi-vie adaptée à une échelle de temps. Le Carbone 14 (5 730 ans) date les restes organiques récents. Le couple Potassium-Argon (1,25 milliard d'années) ou Uranium-Plomb (4,5 milliards d'années) date la formation des roches anciennes.
Schéma montrant la décroissance exponentielle du Potassium 40 (40K) et l'accumulation correspondante de l'Argon 40 (40Ar) dans un minéral au cours du temps.
- 1. Minéral en formation (t=0) : contient du 40K, pas de 40Ar
- 2. Minéral aujourd'hui (t=âge) : mesure du rapport 40Ar / 40K
- 3. Courbe de décroissance du 40K
- 4. Courbe de croissance du 40Ar
3🦕 Les fossiles, marqueurs du temps
Les fossiles ne servent pas qu'à reconstituer les espèces disparues. Certains, appelés fossiles stratigraphiques, sont des outils chronologiques précieux.
Fossile caractéristique d'une époque géologique courte à l'échelle des temps géologiques, ayant une large répartition géographique. Il permet de dater et de corréler des couches sédimentaires à travers le monde.
Pour être un bon fossile stratigraphique, une espèce doit :
- Avoir eu une durée de vie courte à l'échelle géologique (ex: les ammonites, quelques millions d'années).
- Avoir été largement répandue (facile à trouver).
- Avoir été abondante (nombreux individus).
- Se fossiliser facilement (coquille, squelette).
La découverte du fossile d'ammonite Index ammonite dans une couche de calcaire en France et dans une couche de grès en Allemagne indique que ces deux couches, bien que de nature pétrographique différente, se sont déposées durant la même période courte du Jurassique.
L'utilisation conjointe des fossiles (pour la datation relative et les corrélations) et de la radiochronologie (pour caler l'échelle des temps en années) a permis d'établir l'échelle des temps géologiques que nous utilisons aujourd'hui.
Vocabulaire
Discipline de la géologie qui étudie la succession des couches sédimentaires (strates) et leur histoire.
Ex: La stratigraphie de ce bassin révèle une alternance de dépôts marins et continentaux.
Méthode permettant d'ordonner des événements dans le temps les uns par rapport aux autres, sans donner d'âge numérique.
Ex: Grâce au principe de recoupement, la datation relative montre que le granite est plus récent que la faille.
Méthode de datation qui attribue un âge numérique, en années, à une roche ou un événement géologique (ex: radiochronologie).
Ex: La datation absolue au potassium-argon a donné un âge de 65 millions d'années pour cette couche de cendres volcaniques.
Temps nécessaire pour que la moitié des atomes d'un isotope radioactif père se désintègre en son isotope fils.
Ex: La demi-vie du carbone 14 est de 5730 ans.
Fossile caractéristique d'une période géologique courte et permettant de dater les couches qui le contiennent.
Ex: Les graptolites sont d'excellents fossiles stratigraphiques pour l'Ordovicien et le Silurien.
Principe géologique selon lequel une structure géologique (faille, dyke) qui en recoupe une autre est plus récente.
Ex: Le dyke recoupe la faille, donc il est plus récent (principe de recoupement).
Atome dont le noyau est instable et se désintègre spontanément en émettant des rayonnements, se transformant en un autre élément.
Ex: Le potassium 40 (40K) est un isotope radioactif utilisé pour dater les roches volcaniques.
Mise en relation de couches géologiques de même âge mais situées en des lieux différents, souvent grâce aux fossiles.
Ex: La corrélation stratigraphique entre l'Europe et l'Amérique du Nord a été possible grâce aux mêmes espèces de trilobites.
