Le principe de la datation absolue

Un atome est constitué d'un noyau contenant des protons (charge électrique +1) et des neutrons, autour duquel gravitent des électrons (charge électrique -1). Le nombre de protons est toujours égal au nombre d'électrons.
Mais, pour un élément donné, le nombre de neutrons peut varier (par exemple, il existe 3 sortes d'atomes de carbone : ¹²C, ¹³C et ¹⁴C, avec respectivement 6, 7 et 8 neutrons).

Deux atomes d'un même élément qui possèdent un nombre de neutrons différentsont des isotopes. Ils ont les mêmes propriétés chimiques, mais leurs propriétés physiques peuvent être différentes.

Exemple : ¹²C et ¹⁴C sont des isotopes car leurs propriétés chimiques sont semblables, mais leurs propriétés physiques sont différentes (¹⁴C est radioactif alors que ¹²C ne l'est pas).

La radioactivité d'un atome est un phénomène lié à son noyau.
Le noyau des atomes radioactifs est plus ou moins instable et a tendance à « exploser » en morceaux plus petits ou à laisser échapper des particules énergétiques.
Lorsque le noyau se désintègre, les morceaux obtenus ne contiennent plus le même nombre de neutrons ou de protons que l'atome d'origine : l'atome d'origine se transforme en un autre élément (l'élément « père » se transforme en un élément « fils »), si bien que, à chaque désintégration, le stock d'atomes d'origine diminue et le stock de nouveaux éléments formés augmente.

Si on établit le graphique de la population d'origine (quantité d'éléments « père ») en fonction du temps, on obtient une courbe exponentielle décroissante.
La vitesse de décroissance radioactive est propre à chaque élément radioactif. Le temps de vie d'un échantillon donné ne peut être envisagé (temps infini), donc on parle du temps de demi-vie ou période radioactive T. C'est le temps au bout duquel la quantité de matière radioactive est divisée par deux. T varie d'un isotope à l'autre.

Exemples : ⁴²Ti : T = 0,2 s
¹³¹I : T = 8,04 jours
¹⁴C : T = 5730 ans
²³⁸U : T = 4,46.10⁹ ans

Connaissant T, on peut calculer depuis quand la désintégration se déroule à l'intérieur d'une roche par exemple, en mesurant les quantités d'éléments « père » et « fils » à l'aide de la spectrométrie de masse (permet de mesurer la différence de masse entre les deux isotopes et de les séparer).

Si le processus de désintégration a débuté au moment de la mise en place d'une roche ou d'un minéral, alors ce temps est aussi l'âge de l'échantillon. Il faut toutefois que les éléments mesurés (éléments « père » ou « fils ») soient restés emprisonnés au sein de l'échantillon depuis le début de sa formation et qu'il n'y ait eu ni apport extérieur ni fuite : on parle de système fermé.

Toutes les roches ne peuvent pas être datées par radiochronologie :

• Les roches magmatiques (ex. : granite), métamorphiques et volcaniques constituent des systèmes fermés dans la mesure où les éléments radioactifs ont été piégés au moment de la cristallisation ou du refroidissement du magma.
  
• Les roches sédimentaires ont été soumises à des échanges avec le milieu extérieur et ne constituent pas un système fermé.

Toute la précision de la mesure et de la datation repose sur le choix de l'isotope et de son temps de demi-vie, ainsi que sur la qualité de l'échantillon à analyser. La datation n'est valide que si on mesure des durées allant du centième à dix fois la période de l'isotope choisi (la teneur en éléments « père » devient trop faible si l'âge présumé de l'échantillon correspond à un nombre excessif de périodes).

Limites de la méthode : Teneur en éléments radioactifs trop faible et contamination.