Datation radioactive

Définition de la datation radioactive

Pour pouvoir comprendre la datation radioactive, nous devons revoir les bases des isotopes radioactifs. Les isotopes sont des atomes d'un même élément possédant le même nombre de protons et un nombre différent de neutrons dans leur noyau.

Or, un isotope radioactif est un isotope dont le noyau est instable. Comme le noyau d'un isotope radioactif n'est pas stable, il subira spontanément une désintégration radioactive (ou nucléaire) pour se transformer en un nucléide fils (également appelé isotope fils) contenant un noyau stable.

Par exemple, l'isotope radioactif de l'azote a un noyau instable et subit spontanément une désintégration bêta pour se transformer en un noyau d'oxygène stable. Au cours de la désintégration bêta, un type de désintégration radioactive, une particule bêta (ou électron) est émise à partir d'un noyau atomique.

$$ ^{16}_{7}\text{N }\longrightarrow \text{ }^{0}_{-1}\text{e + }^{16}_{8}\text{O} $$

Voyons maintenant la définition de la datation radioactive .

En termes plus simples, dans la datation radioactive, les scientifiques comptent le nombre d'isotopes parents et d'isotopes fils formés par la désintégration nucléaire pour déterminer combien de demi-vies se sont écoulées et donner une idée de l'âge d'un objet.

Par exemple, l'isotope radioactif potassium-40 a une demi-vie de 1,3 milliard d'années, ce qui signifie qu'il faut 1,3 milliard d'années pour que la moitié des atomes de l'échantillon de potassium-40 se désintègre en calcium-40 et en argon-40.

$$ ^{40}_{19}\text{K }\longrightarrow \text{ }^{0}_{-1}\text{e + }^{40}_{20}\text{Ca} $$

$$ ^{40}_{19}\text{K } \text{ + }^{0}_{-1}\text{e } \longrightarrow ^{40}_{18}\text{Ar} $$

Techniques de datation radioactive

Selon l'objet que les scientifiques essaient d'étudier, différentes techniques de datation radioactive peuvent être utilisées. Par exemple, le potassium 40 peut être utilisé pour dater des roches de plus de 100 000 ans. Mais pourquoi le potassium 40 ? Eh bien, c'est parce que la plupart des roches contiennent du potassium !

Cependant, le radioisotope le plus couramment utilisé dans les techniques de datation radioactive est probablement le carbone 14. Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone qui a une demi-vie de 5 720 ans, et la raison pour laquelle il est très utile dans la datation des fossiles et de certaines roches est qu'il a une demi-vie courte par rapport à d'autres atomes radioactifs. Ainsi, en utilisant le carbone 14, les scientifiques peuvent obtenir un âge plus précis. Cette technique s'appelle la datation au radiocarbone (^14C) et elle permet de dater des objets jusqu'à 40 000 ans.

La figure ci-dessous montre des isotopes stables et instables du carbone (carbone-12, et carbone-13), y compris la désintégration radioactive de l'isotope instable^14Cen ^14N. Au fil du temps, le carbone 14 se décompose en azote 14, libérant ainsi beaucoup d'énergie !

D'autres techniques de datation consistent à utiliser un système uranium-plomb (U-Pb) pour la datation des roches volcaniques, et le rhénium-osmium (Re-Os) pour la datation des météorites de fer.

Méthode de datation radioactive

Maintenant que nous savons ce que sont les isotopes radioactifs et comment ils peuvent être utilisés pour la datation radioactive, creusons la méthode utilisée en laboratoire pour déterminer l'âge d'une roche.

Ici, un spectromètre de masse est utilisé pour mesurer le nombre d'atomes d'un élément et déterminer l'abondance des isotopes parents et fils (rapport parents/filles) présents dans la roche. Ensuite, l'âge de la roche est calculé mathématiquement à l'aide de la demi-vie des isotopes radioactifs concernés.

Formule de datation radioactive

Une fois que les géologues ont déterminé les abondances isotopiques de chaque élément parent/fille à l'aide du spectromètre de masse, la formule de datation radioactive ci-dessous peut être utilisée pour trouver l'âge de la roche.

$$ t = \frac{1}{\lambda}\text{ln}(\frac{D}{P}) $$

Où :

• \( t \N) est égal à l'âge de la roche ou de l'objet.
• \( \lambda \) est la constante de désintégration
• \N( D \N) est le nombre d'atomes de l'isotope fils
• \N( P \N) est le nombre d'atomes de l'isotope parent.

Mettons maintenant cette formule en pratique ! Disons que tu as rencontré une roche qui contient 0,200 mg de Pb-206 pour 1,000 mg d'U-238. En utilisant des méthodes de laboratoire, tu as trouvé que la roche contient 1,000 mg d'U-206 et 1,231 mg d'U-238.

Étant donné que la demi-vie de la désintégration de l'U-238 en Pb-206 est de \( \text {4,5} \text {10}^{9} \) ans et que la constante de désintégration est de \( \text {1,5} \text {10}^{-10} \) ^ans-1, comment pouvons-nous trouver l'âge de cette roche ? Découvrons-le !

D'après le problème, nous savons que l'U-238 est l'isotope parent et que le Pb-206 est l'isotope fils formé par la désintégration du noyau de l'isotope parent. Il ne nous reste plus qu'à introduire ces valeurs dans la formule de datation radioactive.

$$ t = \frac{1}{1.5\combien 10^{-10}}\text{ln}(\frac{1.000}{0.231}) = 1.7\combien 10^{9}\text{années} $$

Exemples de datation radioactive

Enfin, voyons quelques exemples de datation par radioactivité. Pour prédire l'âge de la Terre, on peut utiliser le rapport Rb/Sr. Selon les chercheurs, la datation radioactive suggère que la Terre a environ \( \text {4.53} \text {10}^{9} \) ans !

Figure 4. Âge de la Terre, Isadora Santos - StudySmarter Originals.

La datation radioactive a également été utilisée pour déterminer l'âge de différentes montagnes et volcans ! Par exemple, on a découvert que l'âge d'une roche trouvée au sommet du Grand Canyon et provenant d'une éruption volcanique était de 1,143 milliard d'années ! Cependant, la datation radioactive n'est pas toujours correcte et, en cas de contamination, elle peut donner un résultat erroné.

J'espère que tu as pu comprendre un peu mieux la datation radioactive !