Datation
Littéralement, la datation est l'attribution d'une date. Ce terme peut donc s’appliquer à un évènement passé, un objet, un document, un fossile, une couche géologique ou encore un niveau archéologique.
Il désigne globalement la démarche, scientifique ou non, qui consiste à déterminer l’intervalle de temps séparant l’élément daté du temps présent.
On parle de « datation absolue » lorsque la datation mise en œuvre aboutit à un résultat chiffré exprimé en unité de temps (années, secondes, etc.). Par opposition, l’expression « datation relative » désigne la démarche qui consiste à déterminer l'ordre chronologique d'évènements ou d'objets du passé, sans connaître leurs âges réels. Une confusion est parfois faite entre les deux, lorsque dans le cadre d'une datation relative, la chronologie s'étend jusqu'au présent — ainsi, les « âges » des périodes définies par datation relative en stratigraphie sont souvent pris pour argent comptant, bien qu'ils n'aient de sens que comme des intervalles de temps circonscrits définis par rapport à tous les autres.
Datation par les sources écrites
Elle concerne la période historique. Avant le milieu du XXe siècle, les sources écrites (textes, inscriptions, etc.) constituaient les principaux éléments de datation à la disposition des historiens pour effectuer la datation des évènements historiques, avec les risques d’imprécisions et d’erreur que cela comporte.
Datation relative
Avant le développement des méthodes de datation absolues, l’âge des évènements préhistoriques (ou des évènements historiques pour lesquels aucune source écrite n’était disponible) ne pouvait être établi que de manière relative : tel événement est plus ancien ou plus récent que tel autre.
La datation relative se base essentiellement sur les principes fondamentaux de la méthode stratigraphique, développée depuis le XVIIIe siècle, à savoir le principe de continuité (une même couche a le même âge sur toute son étendue) et le principe de superposition (une couche est plus récente que celle qu'elle recouvre). La biochronologie, basée sur l’étude du contenu paléontologique des couches géologiques, était une source importante d’informations pour établir l’âge relatif de certains terrains. Dans le domaine biologique, les radiations évolutives sont datées par des mesures de différentiation génétiques.
La datation relative regroupe l'ensemble des méthodes de datation permettant d'ordonner chronologiquement des événements géologiques ou biologiques, les uns par rapport aux autres.
Les principes géologiques
La succession des phénomènes géologiques entraîne des modifications des roches et des paysages qui peuvent échapper à l'observation directe. Néanmoins, l'ensemble rocheux en conserve des traces qu'il est possible d'interpréter, en partant du principe que les lois physico-chimiques n'ont pas changé (principe d'actualisme). Cette reconstitution repose sur quatre principes.
Le principe de superposition
Le principe de superposition peut s'énoncer ainsi : lorsque des sédiments se déposent, ou qu'il y a une succession de coulées volcaniques, la strate située le plus bas sera plus vieille que celle qui se trouve au-dessus.
Une strate est un ensemble sédimentaire ou volcanique délimité par deux surfaces plus ou moins parallèles qui correspondent à des discontinuités ou à des changements de composition. Avant d'appliquer ce principe, les géologues doivent rechercher si l'empilement des strates a été modifié par un accident tectonique (notamment grâce aux critères de polarité).
Le principe de recoupement
Un événement (intrusion magmatique, faille, plissement, discordance, érosion) qui provoque un changement dans la géométrie des roches est postérieur à la dernière strate qu'il affecte et antérieur à la première strate non affectée. Tout événement géologique qui en recoupe un autre lui est postérieur.
Lorsque des couches horizontales reposent sur des couches plissées, on a une zone de contact anormale entre ces deux ensembles : on parle de discordance angulaire. Cela indique qu'il y a eu plissement puis érosion.
Le principe de continuité
Bien que la base d'une strate soit plus âgée que son sommet, on considère qu'elle a le même âge sur toute son étendue même si sa composition change.
Ce principe ne peut pas s'appliquer dans les zones de transgression ou de régression marine.
Le principe d'inclusion
Les morceaux de roche inclus dans une autre couche sont plus anciens que leur contenant .
Le principe d'identité paléontologique
En fonction des fossiles contenus dans une strate, et en faisant référence à une série sédimentaire choisie et datée, on peut déterminer l'âge relatif d'une strate ou d'une roche. On définit ainsi une biozone (un intervalle de temps pendant lequel plusieurs espèces vécurent ensemble).
Les espèces d'ammonites s'étant renouvelées très rapidement, elles ont eu une durée de vie très courte. Par contre, elles occupent un vaste territoire géographique. Grâce à ces caractéristiques, les ammonites permettent une datation relative de terrains sédimentaires même à de très grandes distances. Un fossile stratigraphique est un fossile ayant une durée de vie relativement brève mais une vaste répartition géographique. Il permet ainsi une datation relative de terrains très distants et n'ayant pas forcément la même composition grâce au principe suivant : deux terrains présentant les mêmes fossiles stratigraphiques sont du même âge.
Datation absolue
La datation absolue est souvent restreinte à la radiochronologie, mais il existe d'autres méthodes qualifiables d'absolues : la dendrochronologie (pour les périodes relativement récentes), l'archéomagnétisme... mais la précision et le panel de durées couverts par les méthodes isotopiques sont à ce jour sans équivalents.
Au milieu du XXe siècle, la découverte de la méthode de datation au carbone 14 par Willard Frank Libby a révolutionné l’archéologie. Pour la première fois, en déterminant la quantité de carbone radioactif disparue depuis leur mort, il est possible de donner une estimation chiffrée de l’âge de matériaux organiques. Cependant, l'idée de la datation absolue est plus ancienne : les premiers découvreurs de la radioactivité, parmi lesquels Pierre et Marie Curie et Ernest Rutherford, avaient déjà eu l'idée d'utiliser le « chronomètre radioactif » pour calculer des âges géologiques. Le réel développement de cette technique s'est fait en même tant que les appareillages de comptage et de détection de l'activité radioactive sont apparus et se sont perfectionnés.
La méthode absolue, très diverse dans ses techniques, va surtout ouvrir la voie à d’autres découvertes après les premiers pas de Libby. Les progrès sont également basés sur des phénomènes physiques, qui élargiront considérablement le champ des matériaux (silex chauffé, cendre volcanique, émail dentaire, etc.) et des événements datables. Ces méthodes ont eu un impact très important dans de nombreux champs disciplinaires où l'âge est un élément primordial de la connaissance scientifique (archéologie, paléontologie, géologie, etc.).
Une datation absolue est une datation aboutissant à un résultat chiffré, exprimé en années. Elle peut concerner un événement, un objet, une couche géologique ou un niveau archéologique.
Le plus souvent, les méthodes de datation absolue utilisent des phénomènes de transformations physico-chimiques dont la vitesse est connue. La mesure du degré de transformation permet de dater le début du processus considéré.
Les méthodes de datation absolue peuvent être classées en quatre groupes principaux.
Méthodes basées sur des phénomènes radioactifs [modifier]
Icône de détail Article détaillé : Datation radiométrique.
On distingue des méthodes directes et des méthodes isochrones. Les premières sont ainsi qualifiées car il fait usage de la loi fondamentale de la radioactivé, liant l'activité au nombre actuel d'atomes radioactifs par la constante radioactive et donnant donc directement accès à un âge. Cependant, ce type de méthode nécessite de connaître l'abondance isotopique initiale de l'élément utilisé, ce qui est rarement envisageable. Les méthodes isochrones cherchent à éliminer cette inconnue par divers raisonnements propre à la géochimie.
Méthodes directes
* Carbone 14
* Potassium/Argon
Méthodes isochrones
* Uranium/Thorium
* Datation par le couple Rubidium-Strontium
Méthodes basées sur des défauts cristallins
* thermoluminescence
* résonance paramagnétique électronique (RPE) ou résonance de spin électronique (ESR)
* Traces de fission
Méthode basée sur des phénomènes de diffusion
* hydratation de l'obsidienne
Méthodes basées sur des phénomènes cycliques
* dendrochronologie
o basée sur l'analyse en épaisseur et le comptage des anneaux de croissance des arbres.
* archéomagnétisme
o basée sur la variation du champ magnétique terrestre enregistré par les minéraux magnétiques présents dans l'argile.
Une datation radiométrique (dite « par radiochronologie ») est une méthode de datation absolue utilisant la variation régulière au cours du temps de la proportion de radioisotopes dans certains corps. La plus connue est sans doute la datation par le carbone 14, mais il en existe bien d'autres. Toutes ne font pas appel aux mêmes raisonnements physiques et géologiques, et leurs précisions varient. Les méthodes de datations radiométriques constituent le cœur de la géologie isotopique.
Historique
Avant la découverte de la radioactivité, Lord Kelvin avait estimé l'âge de la Terre à quelque vingt millions d'années, en supposant que la seule source d'énergie capable de s'opposer au refroidissement était la chaleur résiduelle, initialement produite par la formation de la Terre. Un âge de seulement quelques dizaines de millions d'années fut considéré beaucoup trop court par les géologues, et un débat assez virulent s'ensuivit entre la communauté des géologues et celle des physiciens. Celui-ci ne devait prendre fin qu'une vingtaine d'années après la découverte de la radioactivité, trop tard pour Kelvin de faire amende honorable. Plus tard, les physiciens ont pu apporter aux géologues des méthodes de datation absolue des roches qui se basent sur la radioactivité et les abondances actuelles de certains radioéléments et de leurs produits de désintégration.
Les premiers essais de datation radiométrique coïncident quasiment avec les premiers pas de la radioactivité sur la scène scientifique. La datation semble une des applications les plus naturelles de la radioactivité. La désintégration d'un élément radioactif obéit à la loi de décroissance exponentielle formulée en 1902 par Ernest Rutherford et Frederick Soddy. Ce phénomène régulier permet en principe de dater des événements que l'on peut associer à la production ou à l'accumulation d'un élément radioactif en un lieu donné et dont l'âge est de l'ordre de grandeur de la demi-vie de cet élément. Dès 1905, dans son cours à l'université de Yale, Rutherford propose de dater des minéraux grâce à la radioactivité : « L'hélium observé dans les minéraux radioactifs est presque certainement dû à sa production par le radium et les autres substances radioactives contenus dans ces minéraux. Si le taux de production de l'hélium en fonction du poids des divers radioéléments était connu expérimentalement, il devrait être possible de déterminer l'intervalle de temps requis pour produire la quantité d'hélium observée dans des minéraux radioactifs, ou, autrement dit, de déterminer l'âge du minéral ».
Datation radiométrique et géologie
La maîtrise du temps transforme la géologie. L'étude des couches de terrain superposées donne leurs âges relatifs, à savoir leur ordre chronologique, mais pas leurs durées ou leur ancienneté par rapport au temps présent — en-dehors d'estimations grossières qui supposent d'ailleurs, entre autres, une vitesse de formation constante.
Par contre, la datation de minéraux contenant des éléments radioactifs de demi-vie radiochronologiquement intéressantes donne, dès la fin des années 1910, une estimation raisonnable des durées géologiques en âge absolu. Il devient dès lors possible de délimiter les durées géologiques à l'aide de repères temporels, certes plus ou moins précis, mais référencés par rapport au présent. Cette quantification, dont la précision et la complexité s'est notamment accrue au cours de la seconde moitié du XXe siècle, a révolutionné la plupart si ce n'est toutes les branches de la géologie, permettant par ailleurs l'essor de nouvelles disciplines telles que l'étude des paléoenvironnements.
Mesure de l’âge de la Terre
Depuis le XIXe siècle, la question de l'âge de la Terre est un sujet de controverse passionnée. En 1921, Henry N. Russell suppose qu'une large portion de la croûte terrestre peut être traitée comme un réservoir unique et datée grâce au rapport entre parents radioactifs (uranium et thorium) et descendants stables (plomb) en supposant que la roche ne contient pas de plomb lors de sa formation. Il calcule un âge de la Terre compris entre 1 et 8 milliards d'années. Un comité sur l'âge de la Terre formé en 1931 conclut à la supériorité de la nouvelle méthode de datation de la Terre sur les anciennes.
Suite à l’étude par Alfred O. Nier des isotopes du plomb (1938) puis au modèle proposé par Arthur Holmes et Friedrich Houtermans (1946), les travaux sur l'âge de la Terre aboutissent dans les années 1950 lorsque les chercheurs disposent de tous les outils nécessaires : la connaissance de la chaîne de désintégration des isotopes naturels de longue demi-vie (de l'ordre du milliard d'années) ainsi que les bons instruments de mesure. Comme la roche primordiale a été entièrement détruite par les mouvements de l'écorce terrestre et les processus sédimentaires, les tentatives de mesure directe de l'âge de la Terre sont vouées à l'échec. En 1956, Clair Patterson utilise la méthode uranium/plomb pour dater une météorite en supposant qu'elle vient d'une planète formée à peu près en même temps que la Terre et estime l'âge de la Terre à 4,55 milliards d'années à 70 millions d'années près.
