La datation à l’uranium-plomb

Nous pouvons illustrer cette méthode par le premier procédé de datation qui a été mis au point, celui qui est fondé sur la désintégration de l’uranium en plomb. La désintégration radioactive s’opère strictement selon une loi de probabilité statistique. La quantité d’uranium désintégré en une unité de temps est toujours proportionnelle à la quantité restante. On peut donc établir une courbe semblable à celle du tableau de la page 19, courbe qui montre la quantité restante au bout de n’importe quelle période de temps. Le temps nécessaire pour que la moitié de l’uranium se désintègre est appelé sa demi-vie ou période. Une moitié de la moitié restante se désintégrera au cours de la demi-vie suivante, et il ne restera plus alors qu’un quart de la quantité originelle. Après trois demi-vies, il en restera un huitième, et ainsi de suite. La demi-vie de l’uranium est de 4,5 milliards d’années.

Puisque l’uranium se transforme en plomb, la quantité de plomb ne cesse d’augmenter. La quantité accumulée à tout moment est indiquée par la courbe en pointillé. La courbe du plomb est complémentaire de celle de l’uranium, si bien que le nombre total d’atomes de plomb et d’atomes d’uranium est constant, égal au nombre que nous avions au départ.

Maintenant, supposons, pour les besoins du raisonnement, que nous disposions d’une roche contenant de l’uranium, mais pas de plomb. Nous l’enveloppons hermétiquement de telle sorte que rien ne puisse en sortir ou y entrer. Puis, au bout d’un certain temps, nous la dépaquetons et mesurons la quantité d’uranium et de plomb qu’elle renferme. Cela nous permet de déterminer pendant combien de temps la roche a été empaquetée. Par exemple, si nous trouvons une quantité égale de plomb et d’uranium, nous savons qu’une demi-vie s’est écoulée, c’est-à-dire 4,5 milliards d’années. Si nous nous apercevons que seulement 1 pour cent d’uranium s’est désintégré en plomb, nous pouvons calculer grâce à la formule mathématique de la courbe que 65 millions d’années ont passé.

Notez que nous n’avons pas besoin de savoir quelle quantité d’uranium se trouvait dans la roche au départ, car il nous suffit de mesurer la proportion de plomb et d’uranium à la fin de la période (ce qui est tout aussi bien, puisque nul n’était là pour faire des mesures au début de l’expérience).

Peut-être vous dites-​vous que nous parlons de périodes de temps immensément longues, qui se chiffrent en millions ou en milliards d’années. À quoi peut servir une horloge qui fonctionne aussi lentement? Elle nous permet de savoir que la terre existe depuis quelques milliards d’années et que les roches trouvées en certains endroits semblent exister depuis une bonne partie de ce temps. Cette horloge est donc très utile aux géologues qui étudient l’histoire de notre planète.

Quelle est la fiabilité de cette méthode de datation?

Il faut admettre que cette méthode de datation n’est pas aussi simple que cela. Nous avons dit que la roche doit être exempte de plomb à l’origine. Ce n’est généralement pas le cas; il s’y trouvait des traces de plomb au départ. Cela donne à la roche ce qu’on appelle un âge initial, de valeur positive. Nous avons présumé aussi que l’uranium avait été hermétiquement enfermé dans la roche, afin qu’il ne subisse ni perte ni addition. C’est parfois le cas, mais pas toujours. Sur de longues périodes, une partie du plomb ou de l’uranium a pu se dissoudre dans les eaux d’infiltration. Il se peut également qu’une certaine quantité d’uranium ou de plomb se soit introduite dans la roche, notamment s’il s’agit d’une roche sédimentaire. C’est pourquoi la méthode à l’uranium-plomb est plus fiable pour dater des roches ignées.

D’autres difficultés sont dues au fait que le minéral peut contenir du thorium, un autre élément radioactif qui se désintègre lentement en plomb lui aussi. D’autre part, l’uranium a un second isotope — de même composition chimique, mais de masse différente — lequel se désintègre à une vitesse différente, et donne également du plomb. Chacun de ces éléments se transformant en un isotope différent du plomb, il nous faut faire appel non seulement à un chimiste muni de ses éprouvettes, mais aussi à un physicien équipé d’un instrument spécial permettant de séparer ces divers isotopes du plomb qui ont chacun une masse différente.

Sans examiner ces problèmes en détail, on comprend aisément que les géologues qui utilisent la méthode à l’uranium-plomb doivent se méfier de nombreux pièges s’ils veulent aboutir à une datation raisonnablement digne de confiance. Ils apprécient de disposer d’autres méthodes radiochronologiques pour vérifier leurs mesures. Deux autres procédés qui ont été mis au point peuvent souvent être utilisés sur la même roche.

[Graphique, page 19]

(Voir la publication)

La diminution de l’uranium est directement proportionnelle à l’augmentation du plomb.

100%

50%

25%

12,5%

Demi-vies 1 2 3

plomb (argon)

uranium (potassium)

[Schéma, page 18]

(Voir la publication)

Uranium

Plomb

Quelle quantité d’uranium (ou de plomb) cette roche contenait-​elle à l’origine?

Quelle quantité d’uranium (ou de plomb) s’est infiltrée dans la roche par la suite?

Quelle quantité de plomb a été produite par la désintégration du thorium?