Datation par le déséquilibre radioactif

L'uranium est soluble dans l'eau et se trouve donc présent dans l'eau de mer à une concentration faible mais mesurable. En revanche le thorium et le protactinium s'adsorbent sur des particules qui l'entraînent rapidement vers les fonds marins[1]. Un échantillon qui se forme à partir des éléments présents dans l'eau de mer contiendra initialement de l'uranium mais pas de thorium ni de protactinium, qui vont s'y accumuler au fur et à mesure de la disparition de l'uranium[1]. La technique peut également s'appliquer à la datation de stalagmites et de stalactites[1].

Cette méthode utilise la famille de l'uranium 238 qui a parmi ses descendants l'uranium 234, qui a une demi-vie de 245 500 ans et se transmute en thorium 230 qui a une demi-vie de 75 380 ans. Le cas échéant, on peut s'assurer de l'absence de contamination par du thorium 230 exogène en s'assurant de l'absence de thorium 232 dans l'échantillon[1]. La méthode est donc adaptée pour mesurer des âges de l'ordre de la centaine de milliers d'années, échelle de temps pour laquelle on peut considérer que la quantité d'uranium 238 ne varie pas[1].

La méthode est analogue à celle de la datation par le ²³⁴U-²³⁰Th mais en utilisant un élément de la famille de l'uranium 235, le protactinium 231 qui a une demi-vie de 32 760 ans et permet donc de déterminer des âges du même ordre de grandeur qu'avec le thorium 230[1].

La datation par l'uranium-uranium (en) repose sur la chaîne de désintégration de l'uranium 238 et peut être utilisée pour déterminer des âges aux alentours de 450 000 ans, pour lesquels la méthode par l'uranium-thorium atteint ses limites. Elle présente cependant des sources d'incertitudes importantes car le rapport des deux isotopes peut varier, par exemple à cause de lessivages[1].

Contrairement aux exemples présentés ci-dessus, on s'intéresse ici au thorium 230 et au protactinium 231 non solubles qui se retrouvent séparés de leur père dans des sédiments et dont la quantité ne peut donc que décroître[1]. En supposant constant l'apport de ces éléments dans les sédiments, on peut déterminer l'âge d'une couche à une profondeur donnée en y comparant l'activité de l'isotope utilisé par rapport à celle mesurée sur la couche superficielle[1].

Comme dans les cas exposés plus haut, le thorium 230 et le protactinium 231 permettent d'estimer des âges de l'ordre de la centaine de milliers d'années[1].

Le thorium 234 est le fils de l'uranium 238. Sa demi-vie de 24,1 jours ne le rend guère utile qu'à l'étude de phénomènes très brefs[1]. Le thorium 228 (demi-vie : 1,9 an) fait partie de la chaîne de désintégration du thorium 232, qui ne reste pas en solution et précipite au fond des océans. En revanche, comme le thorium 228 est fils du radium 228 (demi-vie : 5,7 ans) qui lui est soluble et mobile dans l'eau, celui-ci provoque la formation de thorium 228 à moyenne profondeur, que l'on peut donc utiliser pour dater des sédiments dont l'âge est de l'ordre de l'année[1].

La chaîne de désintégration de l'uranium 238 comprend le radon 222 (demi-vie : 3,82 jours) qui est gazeux et s'échappe donc dans l'atmosphère[1]. Celui-ci se désintègre en des atomes de durée de vie de l'ordre de l'heure qui se fixent sur les aérosols de l'atmosphère et finissent par donner du plomb 210 (demi-vie 22,2 ans) qui est ramené sur le sol par les précipitations[1]. On peut notamment l'utiliser en glaciologie.