La datation des météorites

Auteur: Nicolas Fray

La datation absolue de roches anciennes est généralement réalisée grâce à la mesure de l'abondance d'éléments naturellement radioactifs. En effet, au cours du temps, l'abondance des noyaux parents décroît alors que celle des noyaux fils augmente. A un instant t, l'abondance des noyaux parents N_P (t) dépend de son abondance initiale N_P (t_0) et de son temps caractéristique de décroissance $\tau$ : $N_P (t)=N_P (t_0) e ^{-(t-t_0)/\tau}$ . Il faut noter que le temps de demi-vie $\tau_{1/2}$ , qui correspond au temps nécessaire pour que l’abondance initiale soit divisée par deux, est souvent utilisé à la place du temps caractéristique de décroissance. Ces deux temps sont liés par la relation $\tau_{1/2}=\tau ln2$ .

A l’instant t, l'abondance des noyaux fils N_F (t) est égale à $N_F (t) = N_F (t_0) + N_P (t_0) (1 - e ^{-(t-t_0)/\tau})$ si tous les noyaux parents se désintègrent pour donner le même noyau fils. En combinant, les deux équations précédentes, N_F (t) peut être exprimée en fonction de N_P (t) qui sont les deux quantités mesurables. Néanmoins,l'abondance initiale de noyaux fils N_F (t_0) est généralement inconnue. La roche ayant pu subir une différentiation chimique lors de sa formation, elle peut être inhomogène. Les différentes mesures réalisées sur la même roche seront donc normalisées à l'abondance d'un isotope non radioactif de l'élément fils. En mesurant plusieurs échantillons de la même roche, l’âge de celle-ci ainsi que l'abondance initiale de l'élément fils radioactif pourront être déterminés (voir exercice dans la partie "Se Tester".).

Un des couples d'éléments couramment utilisé est le couple ⁸⁷Rb (élément parent) et ⁸⁷Sr (élément fils), les abondances de ces deux éléments sont normalisées à l'abondance de ⁸⁶Sr. Ces abondances sont mesurées par spectrométrie de masse en laboratoire. Les différentes mesures seront représentées dans un diagramme ⁸⁷Sr / ⁸⁶Sr en fonction de ⁸⁷Rb / ⁸⁶Sr. La pente de la droite obtenue $(e ^{(t-t_0)/\tau}-1)$ est liée à l’âge de formation de la roche alors que l’ordonnée à l’origine donne la rapport initial ⁸⁷Sr / ⁸⁶Sr. En normalisant à un isotope stable et en effectuant différentes mesures sur une roche hétérogène, les deux inconnues précédentes peuvent donc être déterminées et en particulier l’âge de la roche. Cette méthode n’est valable que si le système étudié, la roche ou la météorité, est clos, c’est-à-dire si aucun des éléments étudiés n’a pu diffuser à l’extérieur du système.

La datation absolue des météorites, et en particulier des inclusions les plus anciennes qu’elles contiennent, nous permet de dater la formation du système à 4.56 milliards d'années. Sans l'étude des météorites et des méthodes de datations liées aux isotopes naturellement radioactifs, l'obtention d'un chiffre aussi précis ne serait pas possible. L’étude des météorites et de l’ensemble des échantillons d’origine extra-terrestre disponibles au laboratoire permet donc de dater de manière absolue la formation du système solaire dans son ensemble.