Jeudi 19 mars 2020 8-9h 1ere2 enseignement scientifique

6.1 – Des premières tentatives basées sur l’observation des roches sédimentaires

• Retrouver les premières méthodes d’estimation de l’âge de la Terre

Selon Aristote, la Terre a toujours existé, mais les récits bibliques écrits quelques siècles plus tard parlent d’une création. Ces récits seront longtemps la seule base de calcul et freineront souvent les scientifiques qui n’oseront pas avancer des âges trop élevés.

Kepler et Newton, deux physiciens du XVII^ème siècle avanceront des âges proches de 4000 ans en se basant sur l’étude des textes bibliques. Ces âges seront invalidés au XIX^ème siècle par Champollion lors de ses études de la civilisation égyptienne au travers des hiéroglyphes. Il montrera que cette civilisation est plus ancienne que la date supposée du Déluge.

Au XVII^ème siècle, se met en place une nouvelle science étudiant les dépôts sédimentaires, la stratigraphie. Certains spécialistes essaient d’utiliser la chronologie qui régit ces dépôts pour tenter de nouvelles approches.

• Rythme de dépôt des sédiments, étudié par Niels Stensen. S’il faut 100 ans pour déposer 1 cm d’argile, il en faudra 100 000 pour 1 m et 1 000 000 pour 10 m. Stensen ne se risque pas cependant à proposer un âge global. Cette méthode suppose également un rythme régulier pour le dépôt des argiles, ce qui est loin d’être le cas.

• Vitesse de retrait des mers, étudiée par Benoist de Maillet. En observant que des ports anciens se retrouvaient à l’intérieur des terres (comme celui de Brouage en Charente Maritime), il calcule une vitesse de retrait des mers en partant d’une Terre entièrement recouverte d’eau et arrive à un âge de 2 milliards d’années.

• 
• 

6.2 – Les démarches expérimentales de Buffon et Kelvin

• Reconstituer les premières démarches expérimentales d’estimation de l’âge de la Terre

Georges-Louis de Buffon a mis en place la première démarche expérimentale d’estimation de l’âge de la Terre :

• Postulat de départ : la Terre a été au départ une boule de matériaux en fusion, puis s’est refroidi et a solidifié.

• Modélisation : il utilise ses forges pour chauffer au rouge des boulets en fer forgé de différentes tailles. Il suit ensuite l’évolution de leur température au cours du temps en les touchant à la main, il note le moment où la température de la boule permet de la prendre dans la main et celui ou on ne distingue plus de différence au toucher avec une boule témoin non chauffée.

• Résultats :

numéro du boulet	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
diamètre (1/2 pouces)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
temps 1 (min)	12	35,5	58	80	102	127	156	182	205	232
temps 2 (min)	39	78	117	156	195	234	273	312	351	390

• Exploitation des résultats : Buffon remarque qu’il y a un lien entre le diamètre du boulet et le temps de refroidissement. Il établit une relation mathématique entre les 2.

Le graphique ci-contre montre la dispersion des points obtenus et des courbes de tendance avec leurs équations. Par des méthodes mathématiques, Buffon arrive aux relations suivantes entre taille du boulet et temps de refroidissement :

•  temps 1 = 24 x taille -12

•  temps 2 = 54 x taille -15

 

Buffon va alors extrapoler ces résultats à la taille de la Terre. On rappellera les unités de mesure de l’époque :

1 lieue = 2282 toises 1 toise = 6 pieds 1 pied = 12 pouces

 

Buffon sait que la Terre n’est pas faite que de fer ; il reprendra son protocole avec des boules de verre et de pierre et modulera son estimation de l’âge de la Terre autour de 75 000 ans.

La démarche de Buffon est bien sûr critiquable. Il ne donne pas de marge d’erreur, utilise une méthode de mesure de la température peu fiable et fait une extrapolation très hasardeuse. Par peur de la réaction de l’Eglise, il donnera peu de suite à ces travaux.

Lord Kelvin, un des pères de la thermodynamique moderne, les reprendra au XIX^ème siècle en utilisant des modèles mathématiques plus élaborés. Il arrivera à une fourchette de 20 à 400 millions d’années qui fera consensus assez longtemps.

6.3 – L’apport des connaissances sur la radioactivité

• Expliquer comment les connaissances en physique nucléaire ont permis de préciser l’âge de la Terre

Aux débuts du XX^ième siècle, Ernest Rutherford et Frederick Soddy établissent les lois régissant la désintégration d’éléments radioactifs. Ils trouvent que le temps nécessaire pour que la moitié du stock initial d’un élément donné se désintègre est une constante nommée T ou période. Rutherford développe alors la radiochronologie, une méthode permettant de dater des roches anciennes. Il utilise les fonctions exponentielles et logarithme népérien datant toutes deux de la renaissance.

Ces deux fonctions sont réciproques l’une de l’autre, ce qui signifie que

 

On voit que la détermination de l’âge de la Terre a mobilisé des compétences très diverses (biologistes, géologues, chimistes, physiciens, philosophes, historiens, …). Des âges très différents ont été avancés successivement, puis modifié grâce à l’apport de nouvelles techniques ou découvertes. Il est tout à fait possible que l’âge établi aujourd’hui subisse à son tour des remises en cause suite à de nouveaux apports.

Exercices de révision