Datation samarium-néodyme

La datation samarium-néodyme est une méthode de datation radiométrique qui repose sur la désintégration α de l'isotope ¹⁴⁷Sm vers ¹⁴³Nd. La demi-vie du ¹⁴⁷Sm est de 1,06 × 10¹¹ ans^[1].
La constante de désintégration λ associée vaut 6,54 × 10⁻¹² ans^-1, cette faible valeur fait que la méthode est adaptée à la mesure d'âges supérieurs à un milliard d'années^[1].

Intérêt[modifier | modifier le code]

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Les terres rares sont résistants au lessivage^[1].
Le couple Sm-Nd est peu sensible aux variations thermiques^[1].

Application à des méthodes de datation[modifier | modifier le code]

Calcul direct[modifier | modifier le code]

On note $\left({\frac {{}^{143}\mathrm {Nd} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{\mathrm {0} }$ la proportion de ¹⁴³Nd par rapport au ¹⁴⁴Nd dans l'échantillon lors de sa formation (on suppose que l'on connaît son ordre de grandeur). À l'âge $t$ on note $\left({\frac {{}^{143}\mathrm {Nd} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{t}$ et $\left({\frac {{}^{147}\mathrm {Sm} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{t}$ les proportions respectives de ¹⁴³Nd et de ¹⁴⁷Sm par rapport au ¹⁴⁴Nd, ces proportions étant mesurables directement. La quantité de ¹⁴⁴Nd étant a priori constante. On peut alors calculer $t$ grâce à la formule suivante^[1]:

t={\frac {1}{\lambda }}\ln \left(1+{\frac {\left({\frac {{}^{143}\mathrm {Nd} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{t}-\left({\frac {{}^{143}\mathrm {Nd} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{\mathrm {0} }}{\left({\frac {{}^{147}\mathrm {Sm} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{t}}}\right)

Cette méthode est cependant sujette à des incertitudes, si bien qu'en pratique et on lui préfère la méthode isochrone^[1].

Méthode des isochrones[modifier | modifier le code]

La formule vue précédemment peut se réécrire $\left({\frac {{}^{143}\mathrm {Nd} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{t}=\left({\frac {{}^{143}\mathrm {Nd} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{\mathrm {0} }+(e^{\lambda \cdot t}-1)\cdot \left({\frac {{}^{147}\mathrm {Sm} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{t}$ ; on y reconnait l'équation d'une droite dont le coefficient directeur vaut $e^{\lambda \cdot t}-1$ , ce qui permet de calculer l'âge $t$ de la roche^[1].

Par conséquent si l'on arrive à mesurer $\left({\frac {{}^{143}\mathrm {Nd} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{t}$ et $\left({\frac {{}^{147}\mathrm {Sm} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{t}$ pour différents échantillons qui se sont formés au même moment avec une même valeur initiale du rapport $\left({\frac {{}^{143}\mathrm {Nd} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{\mathrm {0} }$ , par exemple différents minéraux d'une même roche, on peut grâce à une régression linéaire obtenir une équation de droite appelée isochrone de coefficient directeur $\alpha$ . L'âge $t$ cherché est alors $t={\frac {\ln(\alpha +1)}{\lambda }}$ ^[1].

Cette méthode présente l'avantage de pouvoir généralement remonter jusqu'à la différenciation magmatique, car le système Sm-Nd est peu sensible à la température^[1]. En revanche ces deux éléments ont des comportements chimiques très proches, et donc les rapports $\left({\frac {{}^{147}\mathrm {Sm} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{t}$ varient peu suivant les différents échantillons, ce qui rend la régression linéaire moins précise^[1].

Méthode de l'âge modèle[modifier | modifier le code]

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La méthode consiste à extrapoler la valeur initiale de la quantité $\left({\frac {{}^{143}\mathrm {Nd} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{\mathrm {0} }$ en choisissant celle obtenue pour des météorites. Cette méthode fait l'hypothèse que le néodyme présent sur Terre avait initialement la même répartition isotopique que dans les chondrites^[1]. Une comparaison avec le rapport obtenu pour l'échantillon à dater donne alors son âge^[1].

Applications[modifier | modifier le code]

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Des basaltes ramenés de la Lune par la mission Apollo 17 ont été datés grâce au système samarium-néodyme en utilisant la méthode des isochrones^[1].

Références[modifier | modifier le code]

↑ ^{a b c d e f g h i j k l et m} Étienne Roth (dir.), Bernard Poty (dir.), Jean Bernard-Griffiths, Gérard Gruau et al. (préf. Jean Coulomb), Méthodes de datation par les phénomènes nucléaires naturels, Paris, Éditions Masson, coll. « Collection CEA », 1985, 631 p. (ISBN 2-225-80674-8), chap. 2 (« La méthode samarium-néodyme »).

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Étienne Roth (dir.), Bernard Poty (dir.) et al. (préf. Jean Coulomb), Méthodes de datation par les phénomènes nucléaires naturels, Paris, Éditions Masson, coll. « Collection CEA », 1985, 631 p. (ISBN 2-225-80674-8).
Philippe Vidal (préf. Jean Aubouin), Géochimie, Dunod, coll. « Sciences Sup », 1998 (1^re éd. 1994), 190 p., chap. 4 (« Isotopes radiogéniques »)

[CEA-1] {a b c d e f g h i j k l et m} Étienne Roth (dir.), Bernard Poty (dir.), Jean Bernard-Griffiths, Gérard Gruau et al. (préf. Jean Coulomb), Méthodes de datation par les phénomènes nucléaires naturels, Paris, Éditions Masson, coll. « Collection CEA », 1985, 631 p. (ISBN 2-225-80674-8), chap. 2 (« La méthode samarium-néodyme »).

[1]