géochronologie, ensemble des méthodes utilisées en sciences de la Terre pour dater la succession des événements géologiques ayant marqué l’évolution de la Terre et pour assigner un âge aux roches et aux minéraux.

La géochronologie permet ainsi d’établir un classement des phénomènes géologiques et des grands faits de l’évolution en unités géochronologiques (périodes, époques, ères et âges).

On distingue deux types de méthodes géochronologiques. La première méthode, la géochronologie relative, a été développée notamment au XIX^e siècle. Fondée sur les principes stratigraphiques et les répartitions paléontologiques des fossiles contenus dans les strates sédimentaires, elle établit un classement des formations par ordre d’ancienneté et de durée, et définit ainsi une échelle relative de la chronologie de la Terre ; elle permet de repérer un événement géologique pour le situer par rapport à un autre. Par exemple, dire que les mammifères sont apparus sur Terre après les reptiles, ou encore que les couches possédant des mollusques ammonites fossilisés (jurassique, mésozoïque) sont toujours antérieures à celles contenant des nummulites fossilisés (très abondants à l’époque de l’éocène, ère tertiaire), c’est procéder à une datation, ou géochronologie, relative. Le second type de méthodes de datation absolue, dite géochronologie absolue, assigne un âge précis à l’émergence d’un événement ; par exemple, elle précise que les mammifères sont apparus voici 200 millions d’années. La géochronologie absolue est principalement fondée sur des principes radiométriques, développés en géologie à partir des années cinquante.

Fortes du principe fondamental selon lequel l’évolution de la flore et de la faune est progressive et irréversible, les méthodes paléontologiques sont tout à fait adaptées à la biostratigraphie différentielle pour établir une échelle relative des temps géologiques. La biostratigraphie différentielle est fondée sur l’interprétation des fossiles contenus dans les successions des dépôts sédimentaires en fonction du jeu des variations du niveau marin. Cette échelle sera d’autant plus rigoureuse et précise que les fossiles utilisés pour l’établir possèdent une très grande répartition géographique (grande extension horizontale) et une évolution rapide (faible extension verticale). De tels fossiles, comme les nummulites de l’ère tertiaire ou les foraminifères présents sous des formes différentes à tous les âges, sont dits stratigraphiques et s’opposent aux fossiles, dits panchroniques, qui présentent une forme constante sur une très longue durée, tels les mollusques céphalopodes nautiles, dont l’espèce possède une longévité de plusieurs centaines de millions d’années.

Les méthodes paléontologiques atteignent leurs limites pour les terrains les plus anciens, caractérisés par l’absence de fossiles. Ainsi l’ère précambrienne, débutant à la formation de la Terre (période archéenne) pour s’achever à l’ère primaire (ou paléozoïque), et représentant la majeure partie de l’évolution sur plus de 4 milliards d’années, doit recourir à d’autres méthodes pour être étudiée.

Parmi les méthodes de datation absolue, la radiochronologie, fondée sur l’étude des abondances des éléments en fonction de leurs isotopes radioactifs ou radiogéniques (qui résultent de la désintégration d’un autre élément radioactif), est celle qui a permis une caractérisation précise des âges géologiques. Ainsi, alors que l’abondance d’un élément radioactif décroît exponentiellement avec le temps, celle d’un élément radiogénique croît exponentiellement. La connaissance de la période radioactive (ou demi-vie) des éléments radioactifs, c’est-à-dire le laps de temps requis pour que la moitié des éléments radioactifs se soient désintégrés, permet une estimation de l’âge d’une roche ou celui d’une couche (âge radiométrique). Parmi les éléments chimiques les plus utilisés, figurent l’isotope instable du rubidium à 87 nucléons (⁸⁷Rb), de période radioactive T égale à 47 milliards d’années et se transformant en strontium (⁸⁷Sr) : le processus de désintégration est noté [⁸⁷Rb,⁸⁷Sr], le thorium ([²³²Th,²⁰⁸Pb], T = 13,9.10⁹ ans ; [²³⁰Th,²²⁶Ra], T = 75 200 ans), le potassium ([⁴⁰K,⁴⁰Ar], T = 11,9.10⁹ ans), l’uranium ([²³⁸U,²⁰⁶Pb], T = 4,6.10⁹ ans ; [²³⁵U,²⁰⁷Pb], T = 700.10⁶ ans ; [²³⁴U,²³⁰Th], T = 250 000 ans), le carbone ([¹⁴C,¹⁴N], T = 5 568 ans), l’isotope de l’hydrogène tritium ([³T,²H], T = 12,26 ans).

Alors que le rapport (¹⁴C/¹⁴N) permet de dater les fossiles récents, le rapport (⁴⁰K/⁴⁰Ar) est utilisé pour dater des formations datant de 1 à 100 millions d’années, et le rapport (⁸⁷Rb/⁸⁷Sr) pour les terrains formés aux époques les plus reculées (jusqu'à 3,8 à 4,5 milliards d'années). Voir aussi géodynamique chimique.