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La datation au potassium-argon

L’élément potassium est très répandu sur la terre. Beaucoup de roches en contiennent1. C’est pourquoi les méthodes de datation utilisant cet élément ont une grande importance ; là où l’uranium et le thorium font défaut, le potassium est en général présent. C’est le cas pour les minerais comme la biotite (mica noir) et le feldspath qui se rencontrent très souvent dans les roches ignées et dans les sylvites, les cornallites, qui composent les dépôts de sels, les ardoises et les schistes argileux.

1 R.D. RUSSEL, N. OSIMA, The K/Rb ratio of the Earth « Geochim. et Cosmochim. Acta », 35, 1970, p. 679-685.

L’isotope radioactif du potassium est le potassium 40 qui n’entre dans la composition de l’ensemble que dans la proportion de 0,0119 %.

Nous avons vu qu’il se désintègre en donnant le calcium 40 et l’argon 40 ; nous avons montré la possibilité de calculer « l’âge » apparent d’une roche en fonction de l’un ou l’autre des deux produits finaux de la désintégration, ou en fonction de l’ensemble. L’utilité de l’une ou l’autre de ces formules dépend évidemment de la composition des minéraux et des conditions expérimentales. S’il s’avère plus facile, par exemple, de mesurer la quantité de calcium 40, on utilisera la formule (IV) (voir p. 341) ; dans d’autres cas, on prendra la formule (V). Toutefois, certains auteurs signalent la difficulté de distinguer le calcium 40 radiogénique de l’autre forme de calcium. C’est pour cette raison que l’on adopte plutôt la formule relative à l’argon 40².

2 J.T. WILSON et al., Radioactivity and Age of Minerals, dans Geophysics I, « Handbuch der Physik », Berlin, 1956, p. 336.

Bien que 99,6% de l’argon commun soient de l’argon 40, il n’est pas particulièrement difficile de déterminer l’argon radiogénique. D’où la faveur de cette dernière méthode.

1. DIFFICULTÉS DE LA MÉTHODE

Outre les difficultés relatives à la détermination exacte de l’argon 40 radiogénique, cette méthode en présente une particulièrement grave venant de la nature gazeuse de l’élément fille produit.

De multiples remarques ont été faites, dans le passé, sur la perte de cet isotope par diffusion. Cette perte fausserait sensiblement le calcul de l’âge, dans le sens d’un rajeunissement d’ailleurs, car elle changerait le rapport ⁴⁰/⁴⁰K, rapport qui intervient dans la formule (V). Depuis 1955, Genter3 a attiré l’attention sur la possibilité de la diffusion de l’argon à travers les cristaux des minéraux. Mais c’est seulement ces dernières années qu’on a pu étudier expérimentalement ce phénomène. On a remarqué que l’argon 40 s’échappe des minéraux à une température supérieure à 300 °C et qu’en même temps il y a toujours déshydratation4. Il y a donc là une cause d’erreur non négligeable.

3 G.J. WASSERBURG, ⁴⁰A/⁴⁰K dating, dans H. FAUL, « Nuclear Geology », N.Y., 1955, p. 342.

4 Les expériences ont été réalisées par WESTCOTT, Loss of Argon from Biotite in a thermal metamorphisme, dans « Nature », 1966, n° 210, p. 83.84, et par G.N. HANSON, Radiogenic argon loss from biotites in whole rock heating experiments, dans « Geochim. et Cosmochim. Acta », 1971, 35, p. 101-107. Ainsi que par J.L. ZIMMERMANN, Contribution à l’étude de la déshydratation et de la libération de l’argon des micas, dans « Geochim. et Cosmochim. Acta », 34, 1970, p. 1327-1350.

En outre, le prélèvement de l’argon est toujours une opération très délicate du fait de sa très faible quantité. Finalement, les risques de contamination par l’argon atmosphérique sont toujours assez grands.

2. RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX

Le tableau 1 donne une série de mesures effectuées sur différents minéraux extraits des roches d’un même endroit5.

5 Ces mesures ont été faites par WETHERILL, DAVIS et TILTON en 1960, et rapportées par G.R. TILTON, Comparison of Isotopic Dating Methods, dans « Summer Course on nuclear Geology », Varenna, 1960, p. 335.

Dans l’ensemble, les « âges » donnés par la méthode K/A sont légèrement inférieurs à ceux fournis par le couple rubidium/strontium. Cette discordance s’explique en général par la perte de l’argon.

La méthode K/A est aussi utilisée pour l’évaluation de l’âge de la plupart des couches géologiques, où elle fournit toujours des résultats un peu inférieurs à ceux des autres procédés de datation. Elle aurait été utilisée en URSS pour délimiter le Précambrien du Cambrien, problème assez délicat qui soulève souvent la controverse entre spécialistes6.

6 L. CAHEN, L’échelle des temps géologiques, dans « Summer course on Nuclear Geology », Varenna, 1960.

L’Ordovicien moyen de l’Alabama, ainsi qu’une couche analogue dans le Tennessee ont fourni un « âge » de 420 millions d’années au K/A. Des granites de l’Acadie (USA) postérieurs au Dévonien inférieur, et des roches métamorphiques de contact situées entre le Silurien et le Dévonien ont été datés par K/A et Rb/Sr avec des résultats compris entre 330 et 390 millions d’années. Les mesures faites sur les micas de granite des Vosges et du Massif central appartenant au carbonifère inférieur conduisent à 322 millions d’années par Rb/Sr et à 315 par K/A. Cahen, qui rapporte ces différentes mesures, fait remarquer que des zircons appartenant aux mêmes granites fournissent cependant des résultats discordants7. La glauconie de la Hornerstown, formation de l’Eocène inférieur, a livré un âge de 51 ma par K/A et de 56 par Rb/Sr.

7 Ibid.

C’est en s’appuyant principalement sur la méthode K/A que l’on donne actuellement les dates suivantes pour les ères géologiques (mesures effectuées sur des roches volcaniques interstratifiées dans les couches fossilifères) :

Ces différentes mesures constituent une des bases actuelles de l’échelle des temps géologiques. Cahen, pour conclure, attire l’attention sur le fait que, malgré de nombreuses concordances, « il n’y a encore qu’un nombre très limité de minéraux et de roches de position stratigraphique précise qui ont été datés de façon irréprochable8 ».

8 op. cit., p. 425.

Enfin, on a évalué par cette méthode l’âge de certains dépôts de la vallée d’Olduvai, où l’on a rencontré des restes de primates supérieurs : le Zinjanthropus et l’homo habilis (Leakey). On a trouvé 1,75 ma par la méthode K/A⁹. Toutefois, ces résultats ont été fortement contestés depuis, non pas à propos de la précision de la mesure, mais à cause de la valeur de la méthode elle-même10. Certains pensent en effet que les minéraux choisis auraient été contaminés par l’argon atmosphérique, ou auraient contenu de l’argon radiogénique au moment de leur cristallisation, ce qui entraîne dans tous les cas un âge trop élevé.

9 L.S.B. LEAKEY et al., « Nature », n° 191, 1961, p. 478.

10 G.H.R. VON KOENIGSWALD et al., « Nature », n° 192, 1961, p. 720 ; W.L. STRAUSS et al. « Science », 136, 1962, p. 293 ; R.L. FLEISCHER et al., « Science », 148, 1965, p. 72-74.

Par ailleurs — nous y reviendrons plus loin — des études récentes (1968) ont montré que la méthode de datation par K/A était beaucoup plus suspecte qu’on ne l’avait cru primitivement. Il semble bien en effet que le rôle de l’eau puisse altérer notablement les résultats au point de rendre, dans certains cas au moins, la méthode inadéquate.

C’est ainsi que des mesures faites aux îles Hawaï en 1968, à partir de cette méthode, ont révélé des résultats absolument aberrants. On en jugera en jetant un coup d’œil au tableau 2. « L’âge » donné aux laves — que l’on sait être d’époque « historique », vieilles de moins de mille ans, probablement même de 200 ans11 — varie dans des proportions considérables selon qu’on prélève l’échantillon à plus ou moins grande profondeur sous la surface de l’océan. Les variations vont de 0,22 million d’années (!) à 42,9 millions d’années. Autrement dit, des chiffres très variables, et de toute façon beaucoup trop élevés.

11 G.B. DALRYMLE et J.G. MOORE, Argon 40 : Excess in Submarine Pillow Basalts from Kilavea Volcano, Hawaï, dans « Science », Vol. 161, 13 septembre 1968, p. 1143, pensent que ces basaltes ont moins de 1000 ans, tandis que C.S. NOBLE et J.J. NAUGHTON, Deep-Ocean Basalis : Inert Gas Content and Uncertainties in Age Dating, « Science », Vol. 162, 11 octobre 1968, p. 265, les estiment « très jeunes, probablement moins de 200 ans ».

De telles variations et anomalies permettent de croire que tout est loin d’être dit concernant cette méthode, et qu’elle pourrait bien être remise très sérieusement en question, ainsi qu’il semble en être le cas actuellement. Certains facteurs — l’eau par exemple et la pression hydrostatique mais d’autres encore — peuvent avoir eu un rôle qui fausserait l’interprétation des faits et ôterait aux « âges » obtenus toute signification chronologique.

En conclusion, la datation par la méthode potassium-argon est souvent utilisée parce que le potassium est très répandu dans la nature. Mais les mesures obtenues ne sont pas absolument satisfaisantes. D’abord, parce que l’argon a pu s’échapper par diffusion lorsque les cristaux ont été soumis à des températures supérieures à 300 °C (température facilement atteinte lors d’éruptions volcaniques, par exemple). De plus, on ne sait pas exactement à quoi s’applique « l’âge » calculé par cette méthode. Est-ce celui des roches pré-existantes ayant subi l’érosion et qui se seraient recristallisées dans d’autres roches ? Est-ce l’âge de cristallisation ? Est-ce l’âge de la dernière cristallisation ? Enfin, la méthode elle-même est-elle adéquate compte tenu du rôle impondérable qu’ont pu jouer certains facteurs qui, dans plusieurs cas, ont donné des résultats totalement aberrants ?

Nous verrons plus loin que ces « âges » peuvent en réalité n’être que des apparences. En effet, dans notre thèse, les minerais que l’on date ont été déposés après avoir été entraînés et plus ou moins dissous dans l’eau du déluge. Par conséquent, les éléments tels que le potassium et l’argon contenus dans les roches antédiluviennes ont pu être recristallisés en tant qu’inclusions dans l’ensemble des massifs. En tout état de cause, la méthode, longtemps considérée comme irréfutable, commence à prêter assez largement le flanc à la critique des savants contemporains, et il se pourrait fort bien que, dans un bref avenir, on soit dans l’obligation de lui retirer la confiance qu’on avait mise en elle.