POTASSIUM-ARGON (DATATION PAR LE)

POTASSIUM-ARGON (DATATION PAR LE)

POTASSIUM-ARGON DATATION PAR LE

L’isotope, de masse atomique 40, du potassium est radioactif. Deux autres isotopes, respectivement de masses 39 et 41, constituent, dans des proportions de 93,22 p. 100 et de 6,77 p. 100, le potassium naturel. L’isotope 40 est le moins abondant des trois: 0,011 8 p. 100. Il se désintègre selon une période longue de 1,31 . 10⁹ ans; deux produits fils sont issus de cette désintégration et formés simultanément: du calcium 40 et un gaz rare, l’isotope 40 de l’argon. Le calcium 40 radiogénique est produit environ neuf fois plus rapidement que l’argon 40 radiogénique.

Mais la séparation du calcium 40 radiogénique et du calcium 40 naturel est impossible pratiquement. La branche radioactive ⁴⁰K size=1^廓— size=1^{轢 40}Ca ne peut donc pas fournir de renseignements de datation.

Les datations résulteront de l’étude du couple solide-gaz, ⁴⁰K, ⁴⁰Ar. L’argon 40 radiogénique s’accumule, au fur et à mesure de sa production, dans l’édifice atomique, au voisinage immédiat des sites potassiques.

Si les conditions thermodynamiques restent semblables tout au long de l’histoire de l’échantillon, la roche est alors un système clos pour l’argon. Si, de plus, aucun lessivage ou apport de potassium n’intervient, la roche est aussi un système clos pour le potassium. Si aucune de ces conditions n’est respectée, la roche est en système ouvert. Tous les cas intermédiaires peuvent se présenter, et le système mixte, solide-gaz, peut enregistrer suivant des comportements différents énormément d’informations.

Les mesures sont fondées sur deux postulats: le potassium 40 et le potassium naturel sont dans un rapport stable de 0,0118 p. 100; dans l’atmosphère, le gaz rare le plus abondant est l’argon. L’argon représente 0,89 p. 100 de la composition de l’air, dans les proportions suivantes: ⁴⁰Ar = 99,6 p. 100, ³⁸Ar = 0,063 p. 100, ³⁶Ar = 0,337 p. 100. Cet argon de l’air a deux effets néfastes sur l’échantillon: d’une part, il pollue l’échantillon au moment de sa cristallisation et, postérieurement à celle-ci, d’autre part, l’extraction des gaz de l’échantillon ne peut se faire que dans une installation scellée, où le vide effectué auparavant a été suffisamment poussé (pression de 10^—7 torr). La méthode de dilution isotopique est généralement utilisée pour doser la quantité d’argon 40 radiogénique. La relation univoque ⁴⁰Ar radiogénique ⁴⁰K permet alors de déterminer l’âge apparent du minéral.

La méthode de dilution isotopique est fondée sur le principe suivant: le signal d’argon de la roche est comparé à un signal de référence correspondant à un volume fixé, calibré, d’argon 38, introduit lors de chaque fusion d’échantillon et mélangé aux gaz de l’échantillon. L’argon 38 a été choisi comme isotope traceur, car il est absent de l’échantillon et il est très peu abondant dans l’air.

Après purification du mélange gazeux, c’est-à-dire élimination de tous les gaz actifs (oxygène, hydrogène, azote, etc.) contenus dans l’échantillon, le mélange isotopique est étudié au spectromètre de masse.

En plus de la pollution atmosphérique, la teneur en argon 40 radiogénique doit être corrigée en fonction du rapport initial ⁴⁰Ar³⁶Ar, dit magmatique, dans l’échantillon à la cristallisation, c’est-à-dire de l’argon 40 de profondeur. Pour une population de roches de mêmes conditions de genèse et de même âge, il est possible de calculer pour chaque expérience de datation deux paramètres: la teneur en potassium 40 et la teneur en argon 40 radiogénique, ou le rapport ⁴⁰K³⁶Ar.

Dans un diagramme à deux dimensions (abscisse et ordonnée), on peut alors déterminer le point correspondant à chaque expérience. Si tous les points correspondent à un champ pétrologique de même âge et de mêmes conditions génétiques, ceux-ci s’aligneront (méthode mathématique des moindres carrés) sur une droite de régression ou droite isochrone dont la pente est proportionnelle à l’âge.

La méthode K-Ar permet de dater les roches ou minéraux dont la teneur en potassium est significative (0,1 p. 100) dans une gamme d’âges comprise entre trois milliards d’années et quelques dizaines de milliers d’années. Toutefois, la contamination atmosphérique de l’échantillon vient limiter énormément la précision du résultat, lorsque l’échantillon est jeune et pauvre en potassium.

Dans la technique précédemment décrite, le potassium est dosé sur un autre lot de l’échantillon, par méthode chimique. Toutefois, des techniques permettent de doser, suivant la même méthode (spectrométrie de masse gazeuse) et sur le même lot d’échantillon, l’argon, le potassium: méthode ⁴⁰Ar³⁹Ar.

Encyclopédie Universelle. 2012.