1ère partie de l’épreuve Dossier.

LES MESURES DU TEMPS EN GEOLOGIE

LES MESURES DU TEMPS EN GEOLOGIE

Niveau : Terminale S Extrait du programme :

Documents : Document 1 : Données géochimiques des isotopes du

Rubidium et du Strontium du granite de St Sylvestre.

Document 2 : Extrait de l’échelle des temps géologiques

(Geological society of America) pour les ères

secondaire et tertiaire.

Document 3 : Paléogréographie simplifiée du Bassin Subalpin au Mésozoïque et localisation de la coupe d’Angles (haut). Echelle biostratigraphique : lithologie et répartition des principales espèces d’Ammonites du Valanginien – Hautérivien basal de la coupe d’Angles (bas)

Document 4 – support concret : Description de l’affleurement (Patagonie –

frontière Chili- Argentine). (A) vue

panormique et localisation de la colline du

Cerro Plomo. La position des échantillons est

donnée sur une coupe géologique E-W du

Cerro Plomo et les photos correspondantes

sont indiquées par des flèches : (B) Les

coulées de lave sommitales du Cerro Plomo ;

(C) vue générale de la bordure ouest du Cerro

Plomo ; (D) les niveaux conglomératiques et

les chenaux typiques du dépôt de la molasse ;

(E) bloc de lave LA-06-07 inclus dans la

molasse du Cerro Plomo.

Les datations ont été obtenues par la méthode

Ar/Ar, qui est un dérivé de la méthode K/Ar.

Document 1 : Données géochimiques des isotopes du Rubidium et du Strontium du granite de St Sylvestre.

= 1.42 x 10-11 an-1 et T1/2 = 48.8Ga.

Document 1 : interprétations Interprétation scientifique (niveau Master)

Analyses Rb/Sr en vue de calculer un âge absolu :

et - 1 = 0,71171. Donc t = (ordre de grandeur : 300 Ma).

Didactisation du document et utilisation en classe de TS

Programme de TS : « On utilise aussi le couple rubidium-strontium (Rb-Sr). Pour trouver l’âge d’une 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). »

Ce genre d’exercice est à proposer dans le cadre d’un support d’activité dans le cadre du

programme de Terminale S.

Document 2 :

Extrait de l’échelle des temps géologiques (Geological society of America) pour les ères

secondaire et tertiaire.

Document 2 : interprétations Interprétation scientifique (niveau Master)

L'établissement de l'échelle des temps géologiques résulte du travail des géologues depuis

près de deux siècles. La division de base de cette échelle est l'étage ou l'âge, défini par un

affleurement type qui sert en quelque sorte d'étalon et que l'on nomme stratotype. Le nom de

l'étage est le plus souvent dérivé de celui de la région/localité dans laquelle est situé le stratotype

(ex: Oxfordien, Maastrichtien, Lutétien…). Plusieurs étages/âges forment une série ou une

époque (ex: Lias, Crétacé supérieur, Eocène…). Plusieurs séries/époques forment un système ou

période (ex: Carbonifère, Jurassique, Paléogène…). Plusieurs systèmes/périodes forment un

érathème ou ère (ex: Paléozoïque ou Primaire, Cénozoïque ou Tertiaire…).

Plusieurs informations regroupées dans un même document, sur les différentes manières

de mesurer le temps en géologie : - information biostratigraphiques = chronologie relative : étages sont définis par un

assemblage fossilifère particulier (cf. document 3) contenus dans un stratotype - histoire de la vie = chronologie relative : les grandes limites (ères et périodes) sont

définies par les crises biologiques (ex. Permien/ Trias, K/T…) - informations magnétostratigraphiques = chronologie relative : inversions du champ

magnétique indiquées par les bandes noires/ blanches - chronologie absolue : âges des différentes limites sont dates par radiochronologie

synthèse : schémas de construction de l’échelle des temps géologiques INTEGREE. Utilisation : replacer l’exemple du document 3 (Valanginien –Hautérivien 130-140

Ma)

L'axe du champ géomagnétique est approximativement aligné avec l'axe de rotation de la

Terre et il a la forme d'un dipôle, analogue au champ d'un barreau aimanté avec ses pôles

nord et sud. C'est la situation actuelle (polarité normale = bande noire), mais parfois le

champ magnétique inverse sa polarité, les pôles nord et sud échangent leur position, et le

champ pointe en direction opposée (polarité inverse = bande blanche). On désigne ce

phénomène, par «inversion du champ magnétique». Des inversions magnétiques remontant

jusqu'au Paléozoïque ont été documentées (en moyenne une tous les 700 000 ans environ;

l'intervalle entre deux inversions n'étant pas constant).

Nos connaissances des inversions sont tirées de certains types de roches dans lesquelles

la direction du champ magnétique est figée (cfre minéraux ferromagnésiens). Lors de leur

refroidissement (en profondeur ou à la surface) les roches magmatiques acquièrent une

aimantation parallèle aux lignes du champ magnétique ambiant Si, à l'instar de la lave, la

roche refroidit rapidement, elle préservera un instantané de l'état du champ magnétique. Si

elle refroidit lentement, comme c'est le cas des roches plutoniques, elle contiendra un

mélange d'informations sur le champ magnétique sur une période beaucoup plus longue.

L'aimantation des roches sédimentaires se fait petit à petit, alors que chaque particule de

sédiment s'aligne dans la direction du champ magnétique au moment où elle se dépose.

Les bandes noires et blanches de l'échelle des temps géologiques correspondent donc à

des périodes pendant lesquelles la polarité était normale et inverse, respectivement. L'échelle

des polarités magnétiques est bien contrainte du Jurassique supérieur à l'Actuel, parce qu'on

peut mesurer les polarités sur les basaltes des fonds océaniques dans cet intervalle, et faire

des datations absolues sur ces même basaltes.

Document 3

Paléogréographie simplifiée du Bassin Subalpin au Mésozoïque et localisation de la coupe d’Angles (haut). Echelle biostratigraphique : lithologie et répartition des principales espèces d’Ammonites du Valanginien – Hautérivien basal de la coupe d’Angles (bas)

Document 3 : interprétations Interprétation scientifique (niveau Master)

Les espèces appartenant aux Bochianitidae, Phylloceratidae, Lytocertidae et Haploceratidae

ont le plus souvent une extension verticale importante, ce qui traduit une évolution

relativement lente au sein de ces familles (document B). Par contre, chez les Neocomitidae et

les Olcostephanidae, l'extension verticale des espèces est généralement plus courte, ce qui

témoigne d'une évolution relativement rapide au sein de ces familles. Les Neocomitidae et les

Olcostephanidae, bien représentés et évoluant rapidement, constituent donc un matériel de

choix pour l'établissement d'une zonation précise.

Conclusion : 5ème

principe : l’identité paléontologique. Permet de définir des étages,

qui sont la base de l’échelle des temps géologiques.

Corrélations : comparaison avec le document 2 = replacer dans l’échelle des temps

géologiques => Valanginien –Hautérivien = Crétacé inf. = 130-140 Ma

Comment a-t-on daté de façon absolue ? trouver un niveau de cendres, une coulée de

lave ?

Didactisation du document et utilisation en classe de TS

Programme de TS : « identité paléontologique »

Le détail des espèces est par contre hors programme. Prendre ce document comme support

d’activité pour définir le notion d’identité paléontologique sans insister sur les différentes

espèces.

Document 4 – support concret.

Description de l’affleurement (Patagonie – frontière Chili- Argentine). (A) vue panormique et

localisation de la colline du Cerro Plomo. La position des échantillons est donnée sur une

coupe géologique E-W du Cerro Plomo et les photos correspondantes sont indiquées par des

flèches : (B) Les coulées de lave sommitales du Cerro Plomo ; (C) vue générale de la bordure

ouest du Cerro Plomo ; (D) les niveaux conglomératiques et les chenaux typiques du dépôt de

la molasse ; (E) bloc de lave LA-06-07 inclus dans la molasse du Cerro Plomo.

Les datations ont été obtenues par la méthode Ar/Ar, qui est un dérivé de la méthode K/Ar.

Document 4 – support concret (suite) : Photographie en microcopie optique de l’échantillon LA-06-07. NB : les autres échantillons présentent une minéralogique identique)

Lumière Naturelle

Lumière Polarisée Analysée

Document 4 : interprétations

Document qui permet d’appliquer les principes de chronologie absolue et relative sur un seul

exemple :

Chronologie relative :

1- formation des laves PA-06-05/06/07

2- érosion des coulées

3- dépôt de la molasse sous forme de chenaux fluviatiles au fond desquels on trouve de

conglomérats (avec les blocs de laves).

NB : les événements 1, 2 et 3 peuvent être ± contemporains, et c’est sans doute le cas dans

l’exemple traité…

4- dépôt de la coulée PA-06-10

5- dépôt de la coulée PA-06-11

6- (érosion différentielle : si le cerro plomo est une colline actuellement, c’est parce que

les coulées sommitales l’ont préservé de l’érosion).

Chronologie absolue :

Les sédiments (molasse) sont en général difficiles à dater. Les éléments datés dans cet

exemple sont donc les laves.

Analyse des laves (exemple LA-06-07) :

- présence d’amphiboles = hornblende brune (angles 120°, pléochroïsme)

= minéraux hydratés = fusion partielle en présence d’eau

- beaucoup de feldspaths plagioclases avec des belles zonations de croissance

= cristallisation fractionnée avec variations de la chimie du milieu

- beaucoup de minéraux et verre pas complètement noir en LPNA.

= sans doute lave ± différenciée (basalte à andésite)

lave calco-alcaline un peu différenciée

Le choix de la méthode de datation absolue dépend de :

- la chimie/ minéralogie de la roche (on n’utilise pas la méthode U/Pb sur une roche qui

ne contient pas d’Uranium par exemple)

- la température de fermeture du système minéralogique (ex. refroidissement d’un

granite)

- le coût/ temps d’analyse…

Ici, les auteurs ont choisi la méthode Ar/Ar (ou K/Ar) : pourquoi ?

basaltes riches en K2O (quelques %) ; de plus, plagioclases contiennent un peu de K.

Par contre, par d’Ar à l’origine = Ar mesuré est radiogénique.

basaltes contiennent aussi du Rb mais aussi du Sr non radiogénique

température de fermeture : pas de pb ici car les laves sont refroidies instantanément à

l’échelle des temps géologiques

Bilan: chronologie absolue & relative sont en accord

- magmatisme CA entre 17 et 16 Ma

- érosion et dépôt de la molasse entre 16M et 14.5 Ma

- reprise du magmatisme CA de 14.5 à 12.4 Ma

NB : en fait, tout s’est un peu passé en même temps. Magmatisme CA lié à de la tectonique

qui à créé les bassins molassiques…