Les méthodes radionucléaires sont fiables, car l’horloge atomique est indéréglable ; la technique est limitée par la sensibilité des appareils : à chaque période, la masse des radio-isotopes diminue de moitié ; au-delà de la 10e période (et souvent moins), les radio-isotopes sont trop peu nombreux pour être décelables. Les méthodes radio-isotopiques disponibles sont suffisamment nombreuses pour permettre de choisir la plus adaptée pour dater un artéfact dont on connait le milieu, la nature et dont l’ancienneté plus ou moins grande est, pour le moment, estimée. Les datations relatives complètent les précédentes, elles s’avèrent indispensables quand il s’agit de situer plusieurs fossiles très proches chronologiquement les uns des autres. Aux méthodes classiques de la géologie s’ajoutent maintenant celles de la biologie moléculaire qui s’affinent régulièrement et dont la fiabilité ne cesse d’augmenter ; c’est pourquoi elles deviennent de plus en plus incontournables, voire indispensables.
La diminution de masse des noyaux atomiques radioactifs (éléments radiogènes) est régulière quelles que soient les conditions physico-chimiques extérieures ; la radioactivité des roches constitue donc un bon repère chronologique. Dans la nature, un même élément chimique existe souvent sous plusieurs formes isotopiques, qui diffèrent par le nombre de neutrons présents dans le noyau. Parmi les isotopes, certains sont stables et non radioactifs, d’autres sont instables et radioactifs. Dans ce dernier cas, l’enrichissement en neutrons est tel que le noyau, incapable de se maintenir sous cette forme, se désintègre en émettant soit des noyaux d’hélium (rayons α), soit des électrons (rayons β), soit des ondes électromagnétiques (rayons γ). Les isotopes radioactifs se transforment progressivement en une forme stable non radioactive (forme radiogénique) à vitesse constante ; la période ou demi-vie est l’intervalle de temps nécessaire pour que la masse d’un radioélément diminue de moitié. Ces isotopes constituent des horloges nucléaires très fiables, d’où leur grand intérêt. À condition de connaître la concentration initiale du radio-isotope et que le système soit clos c’est-à-dire qu’il n’y ait pas d’échanges avec le milieu extérieur, on peut alors déterminer avec une précision suffisante l’âge d’un fossile ou d’un artefact. Mais un système est rarement complètement fermé, il importe donc de choisir avec soin la méthode radionucléaire et de confronter les résultats obtenus avec ceux d’une autre méthode. Les horloges chimiques (voir infra « La racémisation ») ou moléculaires (voir la section 2.2.2 : « L’horloge moléculaire »), évoquées plus loin, ont un fonctionnement beaucoup moins régulier. Quelques radio-isotopes d’emploi courant en géologie comme en paléontologie sont présentés dans la figure 2.1.
