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Le temps et les roches : chronologie relative et radiochronologie
Principes de chronologie relative (superposition, recoupement, inclusion, continuité), fossiles stratigraphiques, radiochronologie (décroissance, droite isochrone Rb-Sr, K-Ar) (programme de Terminale spécialité SVT)
À propos de cette page
Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !
Les 24 questions du QCM en version texte
Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.
Niveau facile — 8 questions
Le principe de superposition affirme que, dans une série non renversée :
- A. Une couche est plus récente que celle qui la surmonte
- B. Deux couches voisines ont toujours le même âge
- C. Une couche est plus récente que celle qu'elle recouvre
- D. Une couche a le même âge sur toute son étendue
Réponse
C. Une couche est plus récente que celle qu'elle recouvre — Une couche se dépose sur celles qui existent déjà : elle est plus récente que celle qu'elle recouvre. Le même âge sur toute l'étendue d'une couche, c'est le principe de continuité.
Un filon qui traverse trois couches sédimentaires est :
- A. postérieur aux trois couches qu'il traverse
- B. antérieur aux trois couches qu'il traverse
- C. contemporain de la couche la plus profonde
- D. du même âge que la couche la plus récente traversée
Réponse
A. postérieur aux trois couches qu'il traverse — Principe de recoupement : une structure qui en recoupe une autre lui est postérieure. Le filon s'est mis en place après le dépôt des trois couches.
Des galets de granite inclus dans un conglomérat montrent que :
- A. le conglomérat est plus ancien que le granite
- B. le granite s'est mis en place dans le conglomérat
- C. les deux roches se sont formées en même temps
- D. le granite est plus ancien que le conglomérat
Réponse
D. le granite est plus ancien que le conglomérat — Principe d'inclusion : le granite existait et a été érodé avant que ses galets ne soient piégés dans le conglomérat.
Un bon fossile stratigraphique appartient à une espèce :
- A. à longue durée de vie et répartition locale
- B. à courte durée de vie et large répartition
- C. à courte durée de vie et répartition locale
- D. à longue durée de vie et large répartition
Réponse
B. à courte durée de vie et large répartition — Courte durée d'existence pour la précision, large répartition pour corréler des régions éloignées (et abondance pour le trouver).
La demi-vie d'un isotope radioactif est la durée :
- A. au bout de laquelle la moitié des noyaux pères s'est désintégrée
- B. nécessaire à la désintégration complète de tous les noyaux pères présents
- C. au bout de laquelle la quantité d'élément fils a doublé
- D. pendant laquelle le système reste ouvert aux échanges
Réponse
A. au bout de laquelle la moitié des noyaux pères s'est désintégrée — Par définition, au bout d'une demi-vie T, il reste la moitié des noyaux pères. La désintégration n'est jamais « complète » : la décroissance est exponentielle.
La demi-vie du carbone 14 vaut environ :
- A. 730 ans
- B. 57 000 ans
- C. 5 730 ans
- D. 1,25 milliard d'années
Réponse
C. 5 730 ans — T = 5 730 ans, ce qui limite la méthode à environ 50 000 ans. 1,25 milliard d'années est la demi-vie du potassium 40.
Dans la méthode rubidium-strontium, l'élément père est :
- A. le strontium 87
- B. le rubidium 87
- C. le strontium 86
- D. l'argon 40
Réponse
B. le rubidium 87 — Le rubidium 87 se désintègre en strontium 87 (fils radiogénique). Le strontium 86, stable et non radiogénique, sert de référence.
Les limites des grandes divisions de l'échelle des temps géologiques correspondent surtout à :
- A. des inversions du champ magnétique terrestre
- B. des durées fixes de 100 millions d'années
- C. des grandes éruptions volcaniques datées
- D. des crises biologiques majeures
Réponse
D. des crises biologiques majeures — Les divisions sont définies par des changements de faune et de flore, souvent des crises biologiques (fin du Permien, fin du Crétacé) ; la radiochronologie leur donne ensuite un âge chiffré.
Niveau moyen — 8 questions
Un os ne contient plus que 6,25 % de son carbone 14 initial (T = 5 730 ans). Son âge est d'environ :
- A. 2 865 ans
- B. 22 920 ans
- C. 143 250 ans
- D. 35 810 ans
Réponse
B. 22 920 ans — 6,25 % = 1/16 = (1/2)⁴ : 4 demi-vies se sont écoulées, soit 4 × 5 730 = 22 920 ans.
Une isochrone Rb-Sr a une pente de 0,0030 (λ = 1,42 × 10⁻¹¹ an⁻¹). L'âge de la roche est d'environ :
- A. 21,1 Ma
- B. 2,11 Ga
- C. 300 Ma
- D. 211 Ma
Réponse
D. 211 Ma — t = ln(1,0030)/λ ≈ 0,0029955/(1,42 × 10⁻¹¹) ≈ 2,11 × 10⁸ ans, soit 211 Ma. « 300 Ma » confond la pente et l'âge.
Pour dater une coulée par la méthode K-Ar, on suppose qu'à sa solidification la lave :
- A. ne contenait pas d'argon 40
- B. ne contenait pas de potassium 40
- C. contenait autant d'argon 40 que de potassium 40
- D. contenait de l'argon 40 en excès
Réponse
A. ne contenait pas d'argon 40 — L'argon, gazeux, s'échappe du magma lors de l'éruption : tout l'argon 40 mesuré est radiogénique, formé depuis la solidification.
Dans le diagramme ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr en fonction de ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr, l'ordonnée à l'origine de l'isochrone est :
- A. l'âge de la roche exprimé en millions d'années
- B. le rapport ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr du minéral le plus pauvre en rubidium
- C. le rapport ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr initial, commun aux minéraux
- D. la constante de désintégration λ du rubidium 87
Réponse
C. le rapport ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr initial, commun aux minéraux — Pour x = 0 (aucun rubidium), le rapport ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr n'a pas changé depuis la fermeture : c'est le rapport initial y₀, identique pour tous les minéraux cogénétiques.
Un minéral a perdu 75 % de son ⁴⁰K initial (T = 1,25 Ga). Son âge est :
- A. 0,94 Ga environ
- B. 3,75 Ga
- C. 1,25 Ga
- D. 2,50 Ga
Réponse
D. 2,50 Ga — Il reste 25 % = 1/4 = (1/2)² du potassium 40 : 2 demi-vies, soit 2 × 1,25 = 2,50 Ga.
Une couche C est décalée par une faille F, elle-même recouverte sans décalage par une couche D. L'ordre chronologique est :
- A. F, puis C et enfin D
- B. C, puis F, puis D
- C. C, puis D, puis F
- D. D, F et C en même temps
Réponse
B. C, puis F, puis D — F recoupe C : elle lui est postérieure. D recouvre F sans être décalée : D s'est déposée après le jeu de la faille.
Une isochrone passe par les points (0,50 ; 0,7120) et (6,50 ; 0,7480). Sa pente vaut :
- A. 0,036
- B. 0,1150
- C. 0,0060
- D. 0,00055
Réponse
C. 0,0060 — a = (0,7480 − 0,7120)/(6,50 − 0,50) = 0,0360/6,00 = 0,0060.
Quelle méthode convient pour dater un granite d'environ 2 Ga ?
- A. Rb-Sr sur les minéraux du granite
- B. carbone 14 sur les biotites
- C. K-Ar sur des feldspaths très altérés
- D. carbone 14 sur le quartz
Réponse
A. Rb-Sr sur les minéraux du granite — Le granite est riche en rubidium et 2 Ga suffisent à accumuler du ⁸⁷Sr radiogénique. Le carbone 14 est exclu (roche, âge bien trop grand) ; des minéraux altérés ont perdu de l'argon.
Niveau difficile — 8 questions
Un basalte, réchauffé longtemps après sa mise en place, perd une partie de son argon. Son âge K-Ar sera :
- A. plus ancien que l'âge réel
- B. inchangé car l'argon est stable
- C. impossible à calculer
- D. plus jeune que l'âge réel
Réponse
D. plus jeune que l'âge réel — Moins d'argon 40 mesuré pour le même potassium : le rapport ⁴⁰Ar/⁴⁰K diminue et l'âge calculé est rajeuni. Le système a été rouvert.
Pourquoi ne date-t-on pas directement un grès par radiochronologie ?
- A. Parce qu'il ne contient jamais d'éléments radioactifs
- B. Ses grains hérités datent leur roche d'origine
- C. Parce que le carbone 14 y est bien trop abondant
- D. Parce que sa porosité fausse les mesures isotopiques
Réponse
B. Ses grains hérités datent leur roche d'origine — Les grains d'un grès proviennent de l'érosion d'autres roches : leur horloge date la roche source, pas le dépôt du sable.
Des points non alignés dans un diagramme ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr en fonction de ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr indiquent le plus probablement :
- A. que la roche est trop jeune pour avoir accumulé du strontium
- B. que le rubidium 87 n'est pas radioactif
- C. un système ouvert ou des minéraux non cogénétiques
- D. une erreur sur la valeur de la demi-vie
Réponse
C. un système ouvert ou des minéraux non cogénétiques — L'alignement exige un même rapport initial et un système clos. Une roche jeune donnerait une droite presque horizontale, pas des points dispersés.
Au moment de la fermeture du système, les points d'une isochrone Rb-Sr sont :
- A. alignés sur une droite horizontale
- B. alignés sur une droite passant par l'origine
- C. dispersés au hasard, sans alignement
- D. alignés sur une droite de pente égale à 1
Réponse
A. alignés sur une droite horizontale — À t = 0, tous les minéraux ont le même rapport ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr initial quelle que soit leur teneur en Rb : pente nulle. La droite pivote ensuite autour de (0 ; y₀).
Deux couches distantes de 800 km contiennent la même espèce fossile, qui a vécu pendant 40 Ma. On peut seulement conclure qu'elles :
- A. ont exactement le même âge au million d'années près
- B. se sont déposées dans un même bassin
- C. datent d'un même intervalle d'environ 40 Ma
- D. sont forcément de même nature lithologique
Réponse
C. datent d'un même intervalle d'environ 40 Ma — Une espèce qui a vécu 40 Ma est un mauvais fossile stratigraphique : elle ne situe les couches que dans un intervalle de 40 Ma.
Le principe de superposition ne s'applique pas directement :
- A. à une série plissée et renversée
- B. à une série sédimentaire horizontale
- C. à des couches riches en fossiles
- D. à des couches déposées en milieu marin
Réponse
A. à une série plissée et renversée — Dans une série renversée (flanc inverse d'un pli couché), la couche du dessus est la plus ancienne : il faut d'abord établir la polarité.
Le couple Rb-Sr (T = 48,8 Ga) est inadapté à une roche de 20 000 ans car :
- A. le rubidium 87 a déjà totalement disparu
- B. le strontium 86 se désintègre beaucoup trop vite
- C. la roche est encore un système ouvert
- D. trop peu de ⁸⁷Sr radiogénique s'est formé
Réponse
D. trop peu de ⁸⁷Sr radiogénique s'est formé — En 20 000 ans, la fraction de rubidium désintégrée est de l'ordre de 3 × 10⁻⁷ : la quantité de fils formée est indétectable. Le ⁸⁶Sr est stable.
L'âge obtenu par radiochronologie sur un minéral magmatique correspond à :
- A. la formation des atomes de rubidium dans une étoile ancienne
- B. la fermeture du minéral lors de son refroidissement
- C. la fusion partielle qui a produit le magma
- D. l'érosion qui a mis la roche à l'affleurement
Réponse
B. la fermeture du minéral lors de son refroidissement — L'horloge démarre quand le minéral cesse d'échanger père et fils avec l'extérieur, c'est-à-dire à sa cristallisation et à son refroidissement.
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