Introduction à la chimie

Objectif d’apprentissage

  • Calculer l’âge d’un échantillon radioactif en se basant sur la demi-vie.vie d’un constituant radioactif

Points clés

    • Les techniques les plus connues de datation radioactive sont la datation au radiocarbone, la datation au potassium-argon et la datation à l’uranium-plomb.
    • Après l’écoulement d’une demi-vie, la moitié des atomes du nucléide en question se sera désintégrée en un nucléide « fille ».
    • Dans toute matière contenant un nucléide radioactif, la proportion du nucléide d’origine par rapport à ses produits de désintégration change de manière prévisible au fur et à mesure que le nucléide d’origine se désintègre avec le temps.

Terme

  • datation radiométriqueTechnique utilisée pour dater des matériaux tels que les roches, basée sur une comparaison entre l’abondance observée d’un radio-isotope naturel et ses produits de désintégration, en utilisant des taux de désintégration connus.

Datation radiométrique

La datation radiométrique, souvent appelée datation radioactive, est une technique utilisée pour déterminer l’âge de matériaux tels que les roches. Elle est basée sur une comparaison entre l’abondance observée d’un isotope radioactif naturel et ses produits de désintégration, en utilisant des taux de désintégration connus. C’est la principale source d’information sur l’âge absolu des roches et d’autres caractéristiques géologiques, y compris l’âge de la Terre elle-même, et elle peut être utilisée pour dater un large éventail de matériaux naturels et artificiels.

Les techniques de datation radiométrique les plus connues comprennent la datation au radiocarbone, la datation au potassium-argon et la datation à l’uranium-plomb. En établissant des échelles de temps géologiques, la datation radiométrique fournit une source importante d’informations sur l’âge des fossiles et les taux de changement évolutif, et elle est également utilisée pour dater les matériaux archéologiques, y compris les artefacts anciens. Les différentes méthodes de datation radiométrique sont précises sur différentes échelles de temps, et elles sont utiles pour différents matériaux.

Décroissance

Après une demi-vie écoulée, la moitié des atomes du nucléide en question se seront désintégrés en un nucléide « fille », ou produit de désintégration. Dans de nombreux cas, le nucléide fille est radioactif, ce qui entraîne une chaîne de désintégration. Cette chaîne se termine finalement par la formation d’un nucléide fille stable et non radioactif. Chaque étape de cette chaîne est caractérisée par une demi-vie distincte. Dans ces cas, la demi-vie qui présente un intérêt pour la datation radiométrique est généralement la plus longue de la chaîne. Cette demi-vie sera le facteur limitant le taux de transformation ultime du nucléide radioactif en son ou ses fils stables.

Chaîne de désintégration du plombExemple de chaîne de désintégration radioactive du plomb-212 (212Pb) au plomb-208 (208Pb) . Chaque nucléide parent se désintègre spontanément en un nucléide fille (le produit de désintégration) via une désintégration α ou une désintégration β. Le produit de désintégration final, le plomb-208 (208Pb), est stable et ne peut plus subir de désintégration radioactive spontanée.

Les systèmes qui ont été exploités pour la datation radiométrique ont des demi-vies allant de seulement une dizaine d’années (par exemple, le tritium) à plus de 100 milliards d’années (par exemple, le Samarium-147). Cependant, en général, la demi-vie d’un nucléide dépend uniquement de ses propriétés nucléaires et est essentiellement une constante. Par conséquent, dans tout matériau contenant un nucléide radioactif, la proportion du nucléide d’origine par rapport à ses produits de désintégration évolue de manière prévisible au fur et à mesure de la désintégration du nucléide d’origine. Cette prévisibilité permet d’utiliser les abondances relatives des nucléides apparentés comme une horloge pour mesurer le temps nécessaire à l’atome parent pour se désintégrer en atome(s) fille(s).

Exactitude et contamination

Une datation radiométrique précise exige généralement que :

  • Le parent ait une demi-vie suffisamment longue pour garantir qu’il sera présent en quantités significatives au moment de la mesure.
  • La demi-vie du parent est connue avec précision.
  • Une quantité suffisante du produit fille est produite pour être mesurée avec précision et distinguée de la quantité initiale de la fille présente dans le matériau.

L’expression mathématique qui relie la décroissance radioactive au temps géologique est :

D={D}_{0}+N(t)({e}^{\lambda t}-1)

Ici, t est l’âge de l’échantillon ; D est le nombre d’atomes de l’isotope fille dans l’échantillon ; D0 est le nombre d’atomes de l’isotope fille dans la composition originale ; N est le nombre d’atomes de l’isotope parent dans l’échantillon au temps t (le présent), donné par N(t) = Noe-λt ; et λ est la constante de désintégration de l’isotope parent, égale à l’inverse de la demi-vie radioactive de l’isotope parent multipliée par le logarithme naturel de 2.

Exemple

On laisse un échantillon de 100 g de Cs-137 se désintégrer. Calculez la masse de Cs-137 qu’il restera après 90 ans. La demi-vie du Cs-137 est de 30 ans.

Première demi-vie (30 ans) : 100 grammes de Cs-137 se désintègrent et il en reste 50 grammes.

Deuxième demi-vie (60 ans au total) : Les 50 grammes de Cs-137 restants se désintègrent et il en reste 25 grammes.

Troisième demi-vie (90 ans au total) : Les 25 grammes de Cs-137 restants se désintègrent et il en reste 12,5 grammes.

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« isochron. »

http://en.wiktionary.org/wiki/isochron
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« datation radiométrique. »

http://en.wikipedia.org/wiki/radiometric%20dating
Wikipedia
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« Datation radiométrique. »

http://en.wikipedia.org/wiki/Radiometric_dating
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CC BY-SA 3.0.

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