Comment connaître l'âge des roches?

Pendant longtemps, les géologues ont dû se contenter de donner un âge relatif aux roches qu’ils avaient sous les yeux, c’est-à-dire affirmer que telle roche est plus jeune que celle-ci et plus âgée que celle-là, sans pouvoir en donner le nombres d’années. Cependant, par des déductions assez simples, les géologues sont parvenus à des résultats très probants en étudiant la stratigraphie. Voici quelques règles tenues pour vraies par un géologue se trouvant devant un empilement de roches:

1. Une strate se situant sous une autre strate s’est déposée avant et est donc plus âgée.
2. Au moment de leur déposition les couches rocheuses sont horizontales. Si elles ne le sont plus aujourd’hui, cela signifie que des pressions sont venues les déformer et les déplacer.
3. Les strates, à l’origine, sont des grandes bandes continues. Si elles se retrouvent déconnectées (par un canyon ou une faille par exemple), on peut déduire que les deux parties proviennent initialement d’un même dépôt et ont donc le même âge.

Les fossiles emprisonnés dans les roches sédimentaires sont un autre indice permettant de d’identifier le type de roche et de le dater. En effet, telle coquille fossilisée est typique de telle strate par rapport aux strates voisines, car cette période de sédimentation comprenait beaucoup de ces organismes. On peut donc déduire de la présence de fossiles de même type dans des strates distantes de plusieurs centaines de kilomètres, qu’elles se sont formées à la même période.

Dans une même région, à quelques kilomètres de distance, des strates peuvent s’intercaler ou au contraire disparaître. Cela peut s’expliquer par le fait que la zone en question n’a pas reçu de dépôts sédimentaires durant la période concernée, ou parce que l’eau et le vent ont érodé les couches rocheuses situées en surface. Néanmoins, en compilant les âges relatifs de plusieurs séquences stratigraphiques il est possible d’établir une échelle géologique renfermant de précieuses informations. On saura ainsi que telle couche de roche a pu se déposer à l’époque où des dinosaures marchaient sur Terre. On aura une idée du paysage et du climat à cette époque, même s’il n’est pas possible de dire combien de millions d’années en arrière elle a eu lieu.

Dis-moi la durée de ta demi-vie, je te dirai ton âge

Depuis les années 1950, des techniques basées sur la mesure d’éléments radioactifs contenus dans les roches ont permis de calculer leur âge (datation radiométrique), par exemple que telle roche s’est formée il y a 175 ± 1 millions d’années. Cette méthode, appelée datation radiométrique s’appuie sur le principe de désintégration radioactive d’isotopes instables (voir article «Le maïs devient du popcorn – une expérience culinaire de demi-vie»). Dans un minéral, la moitié d’un groupe de mêmes isotopes radioactifs va se désintégrer dans un temps donné qu’on appelle demi-vie. Le nombre de demi-vies écoulées depuis la fermeture d’une roche est défini par le rapport entre le nombre d’isotopes pères et fils de la roche (voir illustration ci-contre). Pour le couple potassium-40 (⁴⁰K) et argon-40 (⁴⁰Ar), la demi-vie a une durée de 1,3 milliards d’années. Donc après chaque 1,3 milliards d’années, la moitié des isotopes de ⁴⁰K se sera transformée en ⁴⁰Ar. Pour un autre couple d’isotopes, comme uranium-235 (²³⁵U) et plomb-207 (²⁰⁷Pb), la demi-vie est de 713 millions d’années.