Déséquilibres radioactifs U-Th
La méthode de datation par l'uranium-thorium, ou méthode des déséquilibres des familles de l'uranium et du thorium, est une méthode de datation radiométrique qui permet notamment de mesurer l'âge de certaines formations carbonatées bioconstruites (coraux) ou sédimentaire ( spéléothèmes, calcite,…).
L' uranium 238(238U), qui est soluble dans l’eau, se désintègre lentement (demi-vie de 4,47 milliards d'années) pour se transformer en uranium 234 (234U, demi-vie 245 500 ans), lequel se désintègre ensuite en thorium 230 (230Th, demi-vie 75 000 ans).
Contrairement à l'uranium, le thorium est insoluble dans l'eau. L'eau de mer (ou toute eau courante) contient donc de l’238U en équilibre séculaire avec son descendant 234U, mais ne contient pas de thorium, qui précipite dès qu'il est formé.
Les carbonates de calcium (coraux, un coquillage, calcite,…) vont pièger l'uranium dissous dans l'eau au moment de leur précipitation. À l'origine, le matériau contient donc des traces d'uranium, mais pas de thorium.
Du fait que 238U continue à se désintégrer en 234U, avec lequel il était déjà en équilibre séculaire, la quantité de 234U immobilisé reste sensiblement constante dans le matériau. Mais à mesure que cet uranium 234U se désintègre, le 230Th s'accumule, la teneur en thorium augmente et tend vers son équilibre séculaire (suivant une loi exponentielle). Le rapport isotopique de thorium par rapport à l'uranium fournit donc une mesure du temps écoulé.
Cette méthode de datation a une plage de sensibilité optimale pour des datations de l’ordre de 500 000 ans maximum.
Cette technique est applicable uniquement si :
- Le système isotopique de l’U et du Th est resté fermé depuis le dépôt ou la formation de l’échantillon
Si la fraction détritique ou l’apport exogène de 230Th (ne provenant pas de la désintégration in situ de l'uranium 234) est minimum (bien qu’il puisse d'ordinaire être quantifié grâce au rapport 232Th/230Th).