Datation par le potassium-argon

La datation par le potassium-argon (ou K-Ar) est une méthode de datation radiométrique qui permet de déterminer l'âge d'un échantillon de roche par la mesure des concentrations relatives du couple d'isotopes potassium 40 / argon 40.

Description de la méthode

La méthode de datation K-Ar s'applique à une roche provenant de la solidification d'un magma entièrement dégazé, et repose sur l'hypothèse que cette roche ne contenait pas d'argon au moment de sa formation.

Une datation de la roche est possible quand l'un des minéraux la constituant contient du potassium, et que le minéral a piégé la totalité de l'argon formé lors de la désintégration du ⁴⁰K.

Les minéraux sont alors datés en mesurant les concentrations de ⁴⁰K et de ⁴⁰Ar accumulés. Le dosage de ⁴⁰K et de ⁴⁰Ar nécessite l'emploi de techniques raffinées de spectrométrie de masse mises en œuvre dans des laboratoires spécialisés.

La période radioactive du ⁴⁰K est de 1,25 milliard d'années ; la méthode permet ainsi de dater des roches couvrant la quasi-totalité des âges géologiques avec une bonne précision.

Les minéraux les mieux adaptés à cette méthode sont la biotite, la muscovite et les feldspaths. La datation par le potassium-argon permet de dater les minéraux des roches métamorphiques et des roches volcaniques. Elle est particulièrement précieuse en archéologie préhistorique, notamment en Afrique de l'Est où les niveaux de cendres volcaniques sont fréquents dans les sites archéologiques. Elle a notamment permis de dater les sites d'Olduvai et les empreintes de pas de Laetoli.

Calcul de l'âge de la roche

Le potassium 40 est un isotope radioactif qui se désintègre suivant les modes de désintégration suivants :

${}^{40}\mathrm{K} +\mathrm{e}^- \rightarrow {}^{40}\mathrm{Ar}+\gamma (1,505\,\text{MeV})$

λ_ε = 0,581×10^-10 par an

${}^{40}\mathrm{K}\rightarrow {}^{40}\mathrm{Ca}+\beta^{-} (1,311\,\text{MeV})$

λ_β = 4,962×10^-10 par an

L'âge de l'échantillon est obtenu au moyen de la formule suivante :

t=\frac{1}{\lambda}\cdot \ln(1+\frac{\lambda}{\lambda_\epsilon}\cdot\frac{{}^{40}\mathrm{Ar}_t}{{}^{40}\mathrm{K}_t})

avec

\lambda=\lambda_\epsilon+\lambda_\beta

Lorsque le rapport des concentrations d'argon 40 et de potassium 40 est suffisamment faible, la formule se simplifie en :

t=\frac{1}{\lambda_\epsilon}\cdot\frac{{}^{40}\mathrm{Ar}_t}{{}^{40}\mathrm{K}_t}

soit encore

t=\frac{1}{0,1048\times\lambda}\cdot\frac{{}^{40}\mathrm{Ar}_t}{{}^{40}\mathrm{K}_t}

$t$ étant l'âge de l'échantillon, ${}^{40}\mathrm{K}_t$ et ${}^{40}\mathrm{Ar}_t$ les quantités mesurées des isotopes père et fils.

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