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Quel âge ont les roches les plus anciennes? Quel climat régnait sur Terre il y a 300 millions d’années? Quand la vie aquatique a-t-elle cédé la place à la vie terrestre? À quel moment sont apparus les oiseaux, les conifères, les dinosaures ou les fleurs ? L’un des grands défis des géologues est précisément de répondre à de telles questions. Pour dater une période passée en l’absence de documents écrits, ils ont notamment recours à deux méthodes : la datation relative et la datation absolue. Elles se basent notamment sur les fossiles, vestiges des être-vivants d'antan.
Ensevelis sous des couches de roches sédimentaires, les fossiles forment les vestiges du passé. Ce sont le plus souvent les parties dures (os, coquille, etc.) des animaux et des plantes qui sont conservées. Ici, une ammonite meurt et se dépose au fond de l’eau (1). Le corps du mollusque se décompose et les sédiments commencent à recouvrir la coquille (2). Avec le temps, les couches de sédiments se durcissent et retiennent captive la coquille (3). Après des millions d’années, des mouvements géologiques ou des fouilles ramènent parfois le fossile à la surface (4).
La datation relative (ou stratigraphique) se fonde sur l’observation des différentes couches du sol pour établir un ordre chronologique entre plusieurs périodes. Au fil du temps, les sédiments anciens sont ensevelis sous d’autres, formant une accumulation de couches (ou strates) caractéristiques d’une époque, la plus récente étant en principe celle du dessus. Lorsque des accidents géologiques retournent les strates ou les renversent à la verticale, on recourt au principe de l’identité paléontologique, qui suppose que deux couches contenant les mêmes fossiles sont de la même époque.
La datation absolue (ou radiométrique) permet de dater l’âge des fossiles. Elle est fondée sur le principe de désintégration de certains éléments chimiques dits radioactifs. La datation au carbone 14 (C14) est la plus connue, le carbone étant un élément que l’on retrouve dans tout organisme vivant. Étant donné que les organismes contiennent du C14 et du C12 en proportion stable et qu’à leur mort le C14 se désintègre à un certain rythme, on détermine depuis combien de temps une plante ou un animal est mort en établissant la proportion de C14 restante par rapport au C12. Les scientifiques ont établi qu’il s’écoule 5 730 années avant que 50% du C14 ne soit désintégré. Ce nombre d’années correspond à sa «demi-vie». Le même temps sera nécessaire pour que la moitié de la matière restante se désintègre, ainsi de suite. De cette manière, on arrive par exemple à calculer que 22 920 ans se sont écoulés depuis la mort d’un organisme s’il reste seulement 1/16 du C14 par rapport au C12. Cette technique est couramment utilisée pour dater des vestiges de moins de 50 000 années. Il faut recourir à d’autres éléments (uranium, rubidium, etc.) pour des échantillons plus anciens.
À la manière des historiens, qui ont divisé l’histoire de l’humanité en différentes époques, les scientifiques ont découpé l’évolution de la Terre en périodes correspondant aux principaux changements. Ainsi, le temps écoulé depuis la création de la planète a été subdivisé en intervalles, appelés unités géochronologiques. Les plus grandes de ces unités, les éons, sont divisées en ères puis en périodes et en époques.
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