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Corrigé exercice 1. ... Une strate est une couche de roches sédimentaires (
origine chimique : précipitation, biologique ou détritiques ; toutes formées sous l'
eau), le principe de superposition ne peut s'appliquer qu'à ce type de roches.
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3. Datation
1. exercice
A laide dexemples schématisés, montrer comment la datation relative permet dordonner les uns par rapport aux autres des structures (strates, plis, failles, minéraux) et des événements géologiques variés (discordance, sédimentation, intrusion, orogenèse).Vous présenterez et utiliserez les principes de la chronologie relative qui ont permis détablir léchelle stratigraphique des temps géologiques (superposition, continuité, recoupement et identité paléontologique).
2. Sujet de type I : Restitution organisée des connaissances.
Afin de reconstituer lhistoire géologique dune région, les géologues sont amenés à dater les roches, les fossiles quelles contiennent et les événements géologiques.
En utilisant vos connaissances et en élaborant un plan structuré, présenter les méthodes utilisées pour mesurer le temps et montrer leur intérêt respectif.
Corrigé exercice 1.
Selon léchelle à laquelle on se place, les phénomènes biologiques ou les événements géologiques paraissent stables ou variables. On peut concilier « stabilité » et « variabilité » en prenant en compte la dimension temporelle.
En nous limitant aux événements géologiques dans ce devoir, nous nous demanderons comment on peut les situer dans le temps, si il est possible de connaître leurs durées.
I. Datation relative des structures.
A. Les strates et le principe de superposition.
Une strate est une couche de roches sédimentaires (origine chimique : précipitation, biologique ou détritiques ; toutes formées sous leau), le principe de superposition ne peut sappliquer quà ce type de roches
Définition : toute couche sédimentaire est plus récente que celle quelle recouvre.
B. Les plis et failles et le principe de recoupement.
Lorsquune orogenèse affecte un terrain, les roches soumises à dimportantes contraintes se déforment, des plis apparaissent. Si les contraintes sont plus importantes, les roches cassent, il se forme des failles (et éventuellement des charriages).
Une faille peut être datée par le principe de recoupement.
Def : tout accident affectant une formation est postérieur à cette dernière.
Les minéraux.
Dans une roche magmatique, on peut déterminer lordre de formation des minéraux. Par exemple, dans un microgranite comme celui du Ravin de Mairupt dans les Ardennes, les phénocristaux de quartz et de feldspath se sont formés au sein de la chambre magmatique (en 1°) alors que les microlithes ont cristallisé plus rapidement, dans un deuxième temps, au cours de lascension du magma dans le ou les filons.
A léchelle dun affleurement, on peut donc situer les structures les unes par rapport aux autres.
Peut-on, à plus grande échelle, positionner dans le temps les grands événements géologiques ?
II. Datation relative des événements géologiques.
A. Sédimentation et discordance.
La sédimentation est le dépôt de substances en suspension dans un liquide. Un sédiment subit ensuite une diagenèse et devient une roche sédimentaire. En milieu marin, les dépôts sédimentaires se superposent les un aux autres, les strates sont concordantes.
Si ces terrains subissent des déformations, ils peuvent alors être immergés et être plus ou moins érodés.
La mer peut ensuite recouvrir cette surface érodée (pénéplaine) et permettre le dépôt de couches discordantes.
Une discordance est une discontinuité caractérisant la limite entre une strate dune roche sédimentaire et les couches plus anciennes plissées ou déformées et souvent érodées sur lesquelles elle repose.
Les strates sédimentaires permettent aussi dutiliser le principe de continuité latérale et didentité paléontologique.
Def : une même couche a le même âge en tout point.
Def du Pr didentité paléontologique : 2 strates contenant les mêmes fossiles stratigraphiques ont le même âge.
On utilise les fossiles contenus dans la roche. Les «meilleurs » fossiles, appelés fossiles stratigraphiques, sont ceux qui proviennent despèces nayant vécu que pendant une durée très courte (quelques millions dannées), ayant eu une grange extension géographique et ayant été abondants
Les associations de plusieurs fossiles permettent de limiter lintervalle de temps.
B. Intrusion.
Nous avons vu précédemment lexemple dun filon de microgranite. Nous allons prendre ici lexemple dun pluton granitique. Dans une zone de subduction, la plaque qui senfonce se déshydrate et libère de leau qui provoque la fusion partielle des roches sus-jacentes. Il se forme un magma qui peut aboutir à la naissance dun volcan (andésitique et très destructeur) ou dun pluton par cristallisation en profondeur (roche plutonique).
Après une intense érosion, on peut retrouver le granite ainsi formé à laffleurement. On peut le dater en utilisant le principe de recoupement.
Def : toute formation intrusive affectant une formation est postérieur à cette dernière.
C. Orogenèse.
Les orogenèses sont des phénomènes aboutissant à la mise en place de reliefs et, plus particulièrement, à la formation des chaînes de montagnes
Les orogenèses déforment les terrains qui les subissent, elles sont postérieures à la mise en place de ces terrains et antérieures aux couches non affectées.
Conclusion : La datation relative permet dordonner les uns par rapport aux autres des structures (strates, plis, failles, minéraux) et des événements géologiques variés (discordance, sédimentation, intrusion, orogenèse).
La chronologie absolue, en donnant accès à lâge des roches et des fossiles, permet de mesurer les durées des phénomènes géologiques. Elle permet aussi de situer dans le temps léchelle relative des temps géologiques.
CORRIGE exercice 2.
Introduction : La mesure du temps au-delà des périodes historiques est réalisée à partir des phénomènes géologiques enregistrés dans les roches et des fossiles quils contiennent.
Comment mesure-t-on le temps en géologie ? Quel est lintérêt de chaque méthode ?
Nous présenterons ici les principes de la datation relative qui permettent de situer les événements, les roches les uns par rapport aux autres puis la datation absolue qui permet de donner un âge aux roches, de déterminer la durée dun phénomène géologique.
I. La datation relative.
La datation relative repose sur les principes de la chronologie relative qui ont permis détablir léchelle stratigraphique des temps géologiques.
A. Principe de superposition.
Définition : toute couche sédimentaire est plus récente que celle quelle recouvre.
EMBED Visio.Drawing.11
La discordance.
Une discordance est une discontinuité caractérisant la limite entre une strate dune roche sédimentaire et les couches plus anciennes plissées ou déformées et souvent érodées sur lesquelles elle repose.
Une discordance régionale typique exige une succession de phénomènes :
Une période de sédimentation. EMBED Visio.Drawing.11 Une phase tectonique avec plissement (orogenèse) EMBED Visio.Drawing.11 Une émersion et constitution dune surface dérosion. EMBED Visio.Drawing.11 Une période de sédimentation marine ou continentale ; la surface dérosion élaborée en 3 est alors devenue une surface de discordance. EMBED Visio.Drawing.11
B. Principe de continuité latérale.
Définition : une même couche a le même âge en tout point. Schéma à réaliser.
C. Principe de recoupement.
Définition : toute formation intrusive ou tout accident affectant une formation est postérieur à cette dernière
D. Principe didentité paléontologique.
Définition : 2 strates contenant les mêmes fossiles stratigraphiques ont le même âge.
Un fossile stratigraphique est caractéristique d'une époque géologique délimitée, limitée dans le temps, il permet de dater la roche dans laquelle il se trouve.
Pour être qualifiée de fossile stratigraphique, une espèce doit :
- avoir eu une grande extension géographique (permettant les corrélations),
- avoir existé pendant une courte durée à l'échelle des temps géologiques,
- avoir été abondante (condition nécessaire pour qu'on en retrouve à l'état fossile.
Ex : Les ammonites permettent de dater des roches du Jurassique et du Crétacé.
La datation relative permet dordonner les uns par rapport aux autres des structures (strates, plis, failles, minéraux) et des événements géologiques variés (discordance, sédimentation, intrusion, orogenèse).
Toutefois ces structures et événements ne sont pas alors datés, la datation absolue va y pallier.
II. La datation absolue.
A. Principe de décroissance radioactive et datation absolue.
Pour obtenir lâge dun phénomène, dune roche, dun minéral et exceptionnellement dun fossile, on utilise une méthode sappuyant sur la décroissance radioactive disotopes de certains éléments chimiques.
En effet cette méthode repose sur la présence, en très faible quantité, déléments radioactifs dans les minéraux constituants une roche à dater.
Elément père (radioactif) se désintègre élément fils (stable) + émission dun rayonnement
La désintégration de tout élément radioactif constitue une véritable « horloge » car elle se fait en suivant une loi mathématique immuable de décroissance exponentielle en fonction du temps : quelle que soit la quantité délément père présente au départ, il faut toujours le même temps pour que cette quantité soit réduite de moitié par désintégration.
Cette durée caractéristique dun élément est sa période radioactive (T) ou demi-vie.
La date que lon cherche est celle qui correspond au moment où les isotopes de léchantillon utilisé ont été confinés : aucun constituant na pu quitter léchantillon et aucun des constituants extérieurs na pu y entrer. A partir de cette date les éléments chimiques ont évolué spontanément en suivant les lois physiques de désintégration sans interaction avec le milieu. On parle de système fermé. Par exemple, on désigne par « fermeture » le moment où les échanges déléments chimiques entre les minéraux de la roche cessent.
La date trouvée est donc celle de la fermeture du système.
La chronologie absolue est fondée sur la décroissance radioactive de certains éléments chimiques : elle exploite la relation qui existe entre rapports isotopiques et durée écoulée depuis la fermeture du système contenant les isotopes.
Quels critères vont orienter le choix dune « horloge » pour dater une roche ?
B. Le choix de lhorloge radiochronologique.
1) Choix de léchantillon.
Dans les roches magmatiques et métamorphiques, la fermeture du système est due à labaissement de la température en deçà dun certain seuil qui correspond à la cristallisation des minéraux.
En général les roches sédimentaires ne sont jamais des systèmes fermés. Sauf cas particuliers comme le 14C, la radiochronologie ne permet pas de dater les roches sédimentaires.
2) Choix de lisotope radioactif.
Une fois le système fermé, la quantité disotope susceptible de se désintégrer diminue. La datation nest valide que si lon mesure des durées allant du centième à dix fois la période de lisotope choisi.
Les radio-chronomètres sont choisis en fonction de la période de temps que lon cherche à explorer.
Le programme de terminale est loccasion daborder différentes échelles de temps ; il nexiste pas de méthode universelle de datation pour aborder léventail de ces durées.
C. La datation au carbone 14.
Pour les derniers millénaires on utilise le carbone 14 (14C) dont la quantité lors de la fermeture du système est connue. La mesure de la quantité de 14C restante dans léchantillon permet de trouver un âge. Lorsque tous les éléments radioactifs ont disparu de léchantillon, la datation nest plus possible.
D. La datation au potassium-argon.
Pour des périodes plus anciennes on peut, par exemple, utiliser le couple potassium-argon (K-Ar). La quantité initiale lors de la fermeture du système est négligeable. La contamination par largon de latmosphère rend difficile la détection de largon issu de la désintégration du potassium avant que la roche ait atteint un certain âge.
E. La datation au rubidium-strontium.
On utilise aussi le couple rubidium-strontium (Rb-Sr). Pour trouver lâge dune roche il est alors nécessaire de mesurer les rapports isotopiques de plusieurs minéraux de la même roche ayant cristallisé au même moment (les quantités initiales des éléments et le moment de la fermeture du système étant inconnus).
Conclusion : La datation relative fournit un moyen efficace dordonner dans le temps une succession dobjets ou dévénements. Cette méthode dans certaines circonstances favorables (grande richesse en fossiles stratigraphiques et taux de sédimentation élevé) peut permettre un repérage dune grande finesse mais ne donne pas lâge dun événement. Il est donc impossible par cette approche de chiffrer (en millions dannées) lâge dun phénomène, ou daborder directement la durée des phénomènes observés.
La chronologie absolue, en donnant accès à lâge des roches et des fossiles, permet de mesurer les durées des phénomènes géologiques. Elle permet aussi de situer dans le temps léchelle relative des temps géologiques.
