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Recommandation sur l’utilisation des unités de temps en sciences de la terre

About the use of units of time in Earth sciences
Sébastien Nomade
p. 137-139

Résumés

La notion de temps en Sciences de la Terre est essentielle. Néanmoins, il existe souvent une confusion entre temps absolu et durée dans la littérature. Afin que les Sciences de la Terre se conforment au SI (Le Système International d’unités), Holden et collaborateurs en 2011 ont proposé la définition de l’annus comme unité de temps avec comme symbole « a ». L’annus correspond à 3,155 692 5445 × 107 secondes et est donc défini comme un multiple fixe de la seconde qui est l’unité de temps SI. Pour être en accord avec l’usage des unités du SI, un âge et une durée doivent s’exprimer dans la même unité. Le symbole « a » peut-être complété avec les préfixes k (×103), M (×106), et G (×109), sans espace entre le préfixe et l’unité, à savoir ka, Ma, et Ga pour désigner millier, million et milliard d’années respectivement. Le préfixe « k » ne doit pas être confondu avec « K » (Kelvin) et « a » avec « A » (Ampère). L’unité BP est réservée aux dates radiocarbone qui doivent être précédées de «cal» (ex. cal. BP) lorsque cette date est calibrée.

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Texte intégral

1 - Introduction

1Les unités de temps utilisées en Sciences de la Terre ne sont pas homogènes dans les articles scientifiques. Le plus souvent elles ne correspondent pas au SI (Le Système International d’unités). Les incohérences les plus souvent observées sont liées au contraste entre le « temps absolu » ou « âge » obtenu par des méthodes radio-isotopiques, et la différence de temps entre « maintenant » et un événement dans le passé ou encore la différence de temps entre deux événements dans le passé. En pratique dans un article scientifique un point dans le temps sera exprimer par exemple en « Ma » (signifiant donc spécifiquement millions d’annus (a) avant le « présent »), et la quantité de temps mesurée entre deux points dans le passé exprimé en « Myr, My ou Myrs » (symboles dérivés à partir d’une abréviation de « year ou years » signifiant dans ce contexte « durant des millions d’années ») (Aubry et al., 2009). La distinction entre âge et temps ainsi notée est problématique car, s’il existe une définition stricte de l’unité de temps « annus » symbole « a » et donc de ka, Ma ou Ga (103 ; 106 et 109 annus) (Holden et al., 2011), il n’existe pas plusieurs définitions et durées pour l’année (ou year). En effet, selon que l’on parle en année julienne, grégorienne, maya, draconique, tropicale (solaire) ou encore sidérale la durée implicitement donnée est différente (ex. 260 jours pour l’année maya ; 365 jours et 6h pour une année Julienne ; 365 jours, 5 heures et 48 452 606 secondes pour une année sidérale). Même avec une référence à un calendrier particulier (i.e. nombre de jours fixes) il n’est pas possible, à cause de la diminution de 0,520 seconde par siècle de la durée d’une année, de définir une durée universelle au sens physique du terme (IUPAC 2007). Afin de rendre les choses plus homogènes et de mettre les Sciences de la Terre en accord avec le SI, l’IUPAC (Union International de Chimie Pure et Appliquée) et l’IUGS (Union Internationale des Sciences Géologiques) ont proposé des recommandations sur l’utilisation des unités de temps (Holden et al., 2011). Celles ci seront présentées en détails ci-dessous après un rappel de quelques bases sur les unités du SI. Le cas particulier des unités pour les dates 14C sera lui présenté en fin d’article.

Tab.1: Quantités de base et unités de base du SI

Tab.1: Quantités de base et unités de base du SI

extrait de BIPM, 2006 ; p. 112

2 – Unités du SI

2Le tableau 1 présente les unités SI les plus communément utilisées en Sciences de la Terre (tab. 1). Celles-ci ont une définition stricte et chacune d’elle est associée à un symbole particulier non substituable.

3L’unité de temps officielle SI est la seconde notée « s ». La seconde correspond par définition à 1/31 556 925,9747 d’une année tropicale le 1er janvier 1900 à 12 heures (Bureau International des Poids et Mesures - BIPM - 2006). L’utilisation correcte des unités SI est telle que les opérations mathématiques doivent suivre les règles algébriques classiques (Thompson & Taylor 2008), donc distributives dans le cas d’une soustraction (ex. 100 km - 90 km = (100-90) km = 10 km). Il en va donc de même pour les unités de temps. Ce point fait écho à la différence d’unité entre âge et durée dans la littérature scientifique. Si on suit donc les règles SI, un âge et une durée s’expriment toujours dans la même unité. Attention, un âge absolu exprimé en Ka ou KA n’a aucune signification car le préfixe K est réservé pour le Kelvin (unité SI de la température, table 1) et A pour ampère (unité SI du courant électrique, tab. 1).

3 - Les recommandations de I’UPAC et de l’IUGS

4Dans un article de 2011, Holden et collaborateurs ont défini l’annus (dérivé du latin année) avec comme symbole « a ». La durée de l’annus est fixe et correspond à 3.155 692 5445 × 107 secondes. Ce calcul a été effectué sur la base de la durée de l’année tropicale 2000. L’annus est donc définie comme un multiple fixe de la seconde qui est l’unité de temps SI et doit par conséquent suivre les règles d’utilisation définies par le BIPM en 2006. Cette publication de 2011 vise en réalité à modifier et légitimer une définition donnée par Berggren & Van-Couvering (1979) qui utilisèrent pour la première fois Ma (Mega-annum) pour signifier « année x106 avant 1950 AD » (AD signifie : an de notre seigneur Jésus-Christ en latin : Anno Domini Nostri Iesu Christi). Cette définition était donc relative à une année grégorienne, par rapport à 1950. Elle n’était donc pas définie par rapport à la seconde (i.e. unité de temps SI).

5L’unité « a » officielle peut être complétée avec les préfixes k (x103), M (x106), et G (x109), sans espace entre le préfixe et l’unité, à savoir ka, Ma, et Ga pour désigner millier, millions et milliards d’années, respectivement. Ceci est valable pour toutes les méthodes de datation sauf pour le 14C qui a des conventions différentes (voir ci-dessous). Un âge radio-isotopique (TL, OSL, U/Th, 40Ar/39Ar…) ne doit pas être exprimé en ka BP ou Ma BP (BP signifiant « Before Present ») car BP est spécifique au 14C (voir ci-dessous). Il est recommandé de ne plus exprimer les durées de façon différentes des âges et donc d’abandonner les abréviations dérivées de year ou de years (ex. ky, My, Gy ou kyr, Myr, Gyr ou encore kyrs, Myrs, Gyrs). Par exemple, un événement géologique qui a eu lieu entre 50 Ma et 10 Ma aura durée 40 Ma et pas 40 Myrs ou 40 Myr.

6On notera enfin que beaucoup de journaux scientifiques anglo-saxons parmi les plus prestigieux comme Nature, Science ou Geology ne se sont pas encore pliés aux unités SI. Ils continuent de demander de faire la différence entre âge et durée et acceptent toujours les âges exprimés en kyrs ou Myrs selon le cas. Donc, même si l’article de Holden et al. (2011) donne la manière correcte de reporter des unités de temps, il n’y a pas encore d’obligation à les utiliser. Par contre, il est obligatoire d’utiliser la même notation pour le temps dans l’ensemble d’un article (texte + figures et tables), mais aussi lors d’une présentation publique.

4 - Le cas particulier des datations radiocarbone (14C)

7Les résultats bruts des datations par la méthode radiocarbone sont exprimés en année 14C avant BP) (« Before Present ») (ex. 1000 BP = 1000 ans avant le présent ; van der Plicht & Hogg, 2006). Le BP est définie comme la date de la première mesure 14C, symboliquement fixée au 1er janvier 1950 (Stuiver & Polack, 1977). Cette date est aussi pertinente car le rapport 14C/12C atmosphérique a été modifié depuis par les tests nucléaires. Certaines personnes parlent également de « Before Physic » pour BP. Il faut faire la distinction entre une date 14C et un âge (point dans le temps) obtenu par les autres méthodes radio-isotopiques. Comme les dates 14C ne tiennent pas compte de la variation de production du 14C au cours du temps (modulation par les variations du champ magnétique dipolaire terrestre majoritairement), il est nécessaire de les recalculer par rapport à une courbe de calibration. La courbe de calibration actuelle est IntCal13 (Reimer et al., 2013). Elle permet de passer d’un âge 14C à un âge calendaire ou calibré. Après avoir effectué cette calibration les datations sont exprimées soit en nombre d’année avant BC (« Before Christ » ou cal. BC) en cal. AD (voir définition au-dessous) ou cal. BP. Pour revenir sur les unités cal. BC ou cal. AD très utilisées par les archéologues, celles ci sont très critiquables pour deux raisons : 1) pour le scientifique utiliser une référence à une date de tradition chrétienne donc par nature non universellement reconnue est discutable ; 2) historiquement, nous savons que la date de naissance de Jésus-Christ est fausse dans le calendrier actuel. En effet, il serait né en réalité en l’an 750 après la fondation de Rome selon l’historien juif Flavius Joseph. Cette date correspond à la mort du roi Hérode et donc aussi à la naissance de Jésus-Christ (voir aussi évangile de Mathieu Chap 2 v.19-22). Jésus-Christ est donc né entre -4 et -5 BC car l’année 754 du calendrier romain (i.e. 754 ans depuis la création de Rome) a été utilisée comme point de départ pour notre calendrier et ceci suite à une décision prise en l’an 525. Pour ces deux raisons, il est préférable d’utiliser cal. BP pour un âge calibré 14C (Van der Plicht & Hogg, 2006).

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Bibliographie

AUBRY M-P., VAN COUVERING J.A., CHRISTIE-BLICK N., LANDING E., PRATT B.R., OWEN D.E. & FERRUSQUIA-VILLAFRANCZ I., 2009 - Terminology of geological time: Esta-blishment of a community standard. Stratigraphy, 6, 100-105.

Berggren W.A. & Van Couvering J. A., 1979 - Quaternary. In: Moore, R. C., Ed., Treatise on Invertebrate Paleontology, Part A. Introduction, A505-A543. Boulder, CO: Geological Society of America and Lawrence, KS: University of Kansas.

Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), 2006 - Le Système international d’unités – The International System of Units SI , 8th ed., Bureau International des Poids et Mesures, Geneva. http://www.bipm.fr/fr/si/si_brochure/.

IUPAC, 2007 - Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry , 3rd ed. (the “Green Book”). Prepared for publication by E. R. Cohen, T. Cvitaš, J. G. Frey, B. Holmström, K. Kuchitsu, R. Marquardt, I. Mills, F. Pavese, M. Quack, J. Stohner, H. L. Strauss, M. Takami, A. J. Thor, P. 137, RSC Publishing, Cambridge, UK.

Holden N. E., Bonardi M. L., De Bièvre P., Renne P.R. & Villa I.M., 2011 - IUPAC-IUGS common definition and convention on the use of the year as a derived unit of time (IUPAC Recommendations 2011). Pure and Applied Chemistry, 83 (5), 1159-1162.

Reimer P. J., Bard E., Bayliss A., Beck J. W., Blackwell P. G., Bronk Ramsey C., Grootes P. M., Guilderson T. P., Haflidason H., Hajdas I., HattŽ C., Heaton T. J., Hoffmann D. L., Hogg A. G., Hughen K. A., Kaiser K. F., Kromer B., Manning S. W., Niu M., Reimer R. W., Richards D. A., Scott E. M., Southon J. R., Staff R. A., Turney C. S. M. & van der Plicht, J., 2013 - IntCal13 and Marine13 Radiocarbon Age Calibration Curves 0-50,000 Years cal BP. Radiocarbon, 55(4), 1869-1887.

Stuiver M. & Polach, H.A., 1977 - Discussion reporting of 14C data. Radiocarbon, 19 (3), 355-363.

Thompson A. & Taylor B.N., 2008 - Special Publication 811: Guide for the Use of the International System of Units (SI), National Institute of Standards and Technology (NIST), Gaithersburg, MD, USA.

Van der Plicht J. & Hogg A., 2006 - A note on reporting radiocarbon. Quaternary Geochronology, 1 (4), 237-240.

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Table des illustrations

Titre Tab.1: Quantités de base et unités de base du SI
Crédits extrait de BIPM, 2006 ; p. 112
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/7972/img-1.png
Fichier image/png, 21k
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Pour citer cet article

Référence papier

Sébastien Nomade, « Recommandation sur l’utilisation des unités de temps en sciences de la terre », Quaternaire, vol. 28/2 | 2017, 137-139.

Référence électronique

Sébastien Nomade, « Recommandation sur l’utilisation des unités de temps en sciences de la terre », Quaternaire [En ligne], vol. 28/2 | 2017, mis en ligne le 01 juin 2017, consulté le 19 août 2017. URL : http://quaternaire.revues.org/7972 ; DOI : 10.4000/quaternaire.7972

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