Thème 3 : A la recherche du passé géologique de notre planète

Schémas de 1ère à intégrer :
Par quels moyens peut-on reconstituer l’enchainement des phénomènes géologiques ?
Chapitre 1 : Le temps et les roches
2 possibilités de datation :
-
Datation relative : c’est ordonner, classer des processus géologiques les uns par rapport aux autres
-
Datation absolue : c’est donner un âge chiffré, précis aux roches ou évènements passés
I - La chronologie relative
Point vocabulaire
Datation relative = chronologie relative : ensemble des méthodes de datation permettant d’ordonner chronologiquement des événements les uns par rapport aux autres


Activité 1: La chronologie relative

Bilan
L’étude de la relation géométrique des objets géologiques et de leur éventuelle déformation permet de reconstituer, de façon relative, la chronologie d’évènements géologiques passés. Cette reconstitution s’appuie sur des principes de datation relative (principe de superposition, de recoupement et d’inclusion). Ces principes s’appliquent à différentes échelles : de la lame mince à la carte géologique en passant par les affleurements.
Exemple de recoupement à l'échelle de la carte géologique : le granite de Flamanville

Point vocabulaire
Roche plutonique : roche magmatique entièrement cristallisée issue du refroidissement lent, en profondeur, d’un magma
Roche sédimentaire : roche formée à la surface de la Terre, résultant du transport, de l’accumulation puis de la compaction de sédiments
Métamorphisme : transformation d’une roche à l’état solide du fait de modifications des conditions de pression et/ ou de température après sa formation
Formation sédimentaire : ensemble de strates déposées dans le même environnement
Qu’est ce qu’un « bon » fossile stratigraphique pour dater les couches de roches ?
Est-ce que tous les fossiles sont intéressants pour dater une roche ou une couche (strate) de roches ?
Activité 2 : Les fossiles, outils de chronologie relative
Bilan
Un « bon » fossile stratigraphique est caractérisé par une évolution rapide, une faible extension verticale dans les strates et donc une courte durée à l’échelle des temps géologiques et une grande extension géographique (ex : trilobites, ammonites, microfossiles). L’identification des associations de fossiles stratigraphiques permet d’effectuer des corrélations d’âge à distance.
Point vocabulaire
Fossile stratigraphique : espèce prolifique, ayant eu une grande extension géographique et une existence courte à l’échelle des temps géologiques
Comment donner un âge précis à un objet ou à une couche de roches ?
II - La chronologie absolue
Activité 3 : Datation du granite de Meymac
Bilan
L’âge absolue d’une roche correspond à la « fermeture du système », soit le moment ou l’objet daté n’échange ni élément radioactif ni élément radiogénique avec l’environnement. Cela correspond à la cristallisation totale d’un magma ou la mort d’un organisme.
(Remarque : des températures de fermeture différentes pour différents minéraux expliquent que des mesures effectuées sur un même objet tel qu’une roche, avec différents chronomètres, puissent fournir des valeurs différentes.)
On dispose de radiochronomètres : isotopes radioactifs pères et radiogéniques fils. Chaque radiochronomètre est caractérisé par sa période, ce qui ne le rend utilisable que pur certaines limites d’âges (ex : T de 14C/13C = 5 à 10000ans ; T de 87Rb/87Sr = 5Ga). Il dépend aussi de l’élément à dater qui doit obligatoirement contenir l’élément père.
Etant donné que la désintégration radioactive est un phénomène continu et irréversible, le choix d’éléments radioactifs (87Rb, 40K, 237U, 14C…) dépend de l’âge supposé de l’objet à dater.
La mesure des isotopes de l’élément père radioactif et de l’élément fils radiogénique, grâce à un spectromètre de masse, permet de déterminer l’âge des minéraux et des roches.
Les datations peuvent être effectuées sur des minéraux isolés (méthode U-Pb) sur des zircons ou alors sur plusieurs minéraux d’une roche magmatique ou métamorphique (méthode Rb-Sr) afin de construire une droite isochrone dont le coefficient directeur renseigne l’âge de la roche.

Point vocabulaire
Chronomètre radioactif (ou radiochronomètre) : couple d’atomes permettant d’obtenir des estimations quantitatives de l’âge d’événements géologiques en se basant sur la loi de désintégration radioactive
Datation absolue = chronologie absolue : ensemble des méthodes, reposant principalement sur la désintégration radioactive, permettant d’estimer quantitativement l’âge d’un objet ou évènement géologique
Demi-vie d’un isotope : temps nécessaire à la désintégration de la moitié des éléments pères radioactifs
Désintégration radioactive : un élément radioactif contenant un atome instable se désintègre spontanément en libérant une particule riche en énergie et donne naissance à un isotope stable
Droite isochrone : droite formée par l’alignement d’échantillons ayant une même composition isotopique et le même âge La pente de cette droite permet de calculer l’âge de la roche
Fermeture du système : moment à partir duquel l’échantillon est isolé du milieu extérieur
Isotope fils radiogénique : isotope stable
Isotope père radioactif : isotope instable
Activité 4 : Construction de l’échelle des temps géologiques ou échelle stratigraphique
Bilan
Les critères paléontologiques (apparition et disparition de groupes et d’espèces fossiles) permettent de placer des coupures d’ordres différents dans les temps géologiques (ères, périodes, étages). Les deux types de chronologie (relative et absolue) ont permis d’établir, de manière arbitraire mais assez précise, des limites de temps géologiques pour construire l’échelle stratigraphique.
=> Histoire de la Terre et histoire de la Vie sont indissociables!
Echelle avec noms et dates à connaître!

Point vocabulaire
Echelle chronostratigraphique : division des temps géologiques fondée sur les coupures entre les strates et leur regroupement en ensembles de plus en plus vastes
Ere : intervalle de temps de plusieurs dizaines de millions d’années, se terminant par une extinction massive. L’ère se décompose n périodes géologiques.
Etage : intervalle de temps de quelques centaines de milliers d’années à quelques millions d’années. Une période géologique se décompose en étages.

Fin du programme des écrits
Comment reconstituer le passé mouvementé de notre planète à partir de l’étude des roches continentales ?
Chapitre 2 : Les traces du passé mouvementé de la Terre
I - Traces d’anciennes chaînes de montagnes