Les horloges à remonter le temps

Certains atomes permettent d'attribuer une date à des objets anciens (tels que fossiles, papyrus, parchemins, peintures rupestres, ossements...), ou à des roches, ce qui permet de remonter jusqu' à l' origine de la Terre et de l'Univers.

Par exemple, le carbone 14, de période radioactive assez courte (5730 ans) est utilisé essentiellement en archéologie.

En géologie, pour dater des roches, on utilise des horloges radioactives de périodes très longues : par exemple l'uranium 238, l'uranium 235, le thorium 232...

Les roches très anciennes, comme le granit, contiennent des atomes d'uranium. Ces atomes sont radioactifs, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas stables et ils se changent en plomb après une série de désintégrations:

L'uranium 238 se change en plomb 206 et l'uranium 235 se change en plomb 207. Il est possible de dater la formation des roches granitiques en comparant les quantités d'uranium et de plomb d'origine radioactive qu'elles contiennent.

C'est par cette méthode qu'on a pu déterminer que " l' âge des météorites était le même que celui de la Terre, environ 4,5 milliards d'années." (d'après "les 12 clés de la géologie" de C Allègre, éd Belin-RadioFrance, 1987, p 26)

Le thorium 232, de période 14 milliards d' années, qui se change finalement en plomb 208, peut également servir d'horloge radioactive.

En 1906, le physicien américain B. Boltwood, étudia la teneur en plomb des minéraux d'uranium et dressa la première table des âges des formations géologiques.

En quoi consiste cette méthode ?

On part d'une roche radioactive contenant de l'uranium, du radium ou autre substance. La radioactivité se manifeste par des propriétés que possèdent ces éléments de se transformer en d'autres éléments, à la suite d'une modification du noyau atomique. La désintégration libère simultanément une émission de particules ou un rayonnement électromagnétique.

II faut 14 milliards d'années au thorium 232 pour transformer la moitié de sa masse en plomb; alors que pour l'uranium 238 la période est de 4,5 milliards d'années . L'estimation de l'âge devient une opération de comptage. Au bout de 4,5 milliards d'années, la moitié de l'uranium 238 se transforme en plomb et les 12 000 désintégrations par seconde et par gramme, tombent à 6 000. Au cours des 4,5 milliards d'années suivantes, les désintégrations tombent à 3 000, car il ne reste plus que 25 pour cent d'uranium. Le nombre de désintégrations ira en diminuant et ainsi, il devient très facile de calculer l'âge d'un échantillon selon le rapport entre l'élément stable (ici le plomb) et l'élément radioactif (l'uranium restant).

Prenons l'image d'un sablier.

" Le sable coule dans le compartiment du bas. Imaginons que le sable, qui passe dans le trou du sablier, change de couleur. Pour être plus exact il change de nature : il était de l'uranium en haut, il devient du plomb en bas.

Au bout d'un certain temps, si vous pesez la masse de sable qu'il y a en haut du sablier, et celle qu'il y a en bas, vous savez déterminer depuis combien de temps vous avez renversé le sablier. C'est comme cela qu'on estime l'âge des roches: on mesure les quantités d'isotopes radioactifs et, du rapport de ces quantités d'isotopes (l'uranium et le plomb), on calcule le temps qui s'est écoulé." (d'après "les 12 clés de la géologie" de C Allègre, éd Belin-RadioFrance, 1987, p 24-25)