Partie 4 : La Terre, un astre singulierChapitre 1 : La forme de la Terre (vue en

physique uniquement même si cela a énormément d’applications en géologie)

Chapitre 2 : l’histoire de l’âge de la Terre (SVT)

Vue à Porz-Rolland : le granite de Ploumanac'h, vieux d’environ 300 millions d’années (roche claire au second plan) et le gneiss icartien de Trébeurden, âgé d’environ deux milliards d’années (roche sombre au premier plan). (source : http://www.saga-geol.asso.fr/Geologie_page_conf_Ploumanach.html)

Les plus vielles roches de France

La Terre observée depuis l’espace est ronde, ce qui a été démontré dès l’antiquité mais non admis pendant des siècle ni actuellement par certains!

L’âge de la Terre est évalué à 4,75 Ga. Cela est sans commune mesure avec l’espérance de vie des organismes, ni de leur lignée. Encore une fois, les progrès des raisonnements et des technologies permettent d’accéder à ces mesures. Certains pensent actuellement qu’elle a été crée il y a quelques milliers d’années!

Semaine du 25 mai

Désormais nous savons beaucoup de choses sur les formes de la Terre, sa position par rapport aux autres astres ainsi que son âge mais ce ne fut pas sans d’innombrables controverses opposant sciences et croyances. Des personnages et l’évolution des techniques ont permis de faire des bons en avant dans les connaissances fondamentales pour comprendre notre monde.

Chapitre 1 : de la Terre plate à la Terre sphérique

Croyances versus connaissances et sciences

Chapitre 2 : l’histoire de l’âge de la Terre

Comment les météorites nous aident à connaître l’âge de la Terre?

Chapitre 2 : l’histoire de l’âge de la TerreDans un premier temps, le monde était considéré sans âge, là depuis toujours. Pour remonter aux temps les plus immémoriaux, certains de leur époque se sont basés sur des écrits religieux en inventoriant les générations de personnages bibliques décrits. Ainsi l’archevêque et théologien irlandais James Ussher (1581-1656) calcule que la Terre a été créée le 23 octobre en 4004 avant J-C!

Ceci se base sur des dogmes ( : un dogme est une affirmation considérée comme fondamentale, incontestable et intangible formulée par une autorité politique, philosophique ou religieuse).

Nombre de scientifiques, astronomes devaient sous la pression des pouvoirs religieux se plier à ces dogmes et faire concorder leurs observations dans ce cadre théorique, incontestable sans quoi ils risquaient la mort.Même Isaac Newton, scientifique anglais connu pour ses lois de la gravité, estima l’âge de la Terre à 3998 avant J-C .

Notez les durées de vie des personnages!

Quels sont les arguments scientifiques pour donner un âge à la Terre

• Une première méthode expérimentale, celle de Buffon (mathématicien, biologiste, Georges Louis-Leclerc dit comte de Buffon, 1707-1788).

• Il part d’une observation : dans sa Bourgogne natale, en observant des séries de couches sédimentaires se formant régulièrement saisons après saisons il obtient des âges supérieurs à 10000 ans juste pour ces dépôts!

• Ceci soulève donc une question sur l’incongruité entre observation/calculs et croyances de l’époque.

• Il observe aussi que la température de la Terre augmente avec la profondeur (c’est le gradient géothermique).

• Il en déduit que l’intérieur de la Terre est plus chaud car elle s’est refroidit.

• Son hypothèse est que la Terre originelle devait être une boule en fusion.

• Un propose un modèle afin d’étudier expérimentalement le refroidissement de plusieurs boulets de taille variable portés à incandescence (il possède des forges à Montbard, en Bourgogne).

• Il note le temps de refroidissement nécessaire pour toucher le boulet sans se brûler car il n’a pas de thermomètre.

Bordas page 168 -169

Traitement des données

• On sait calculer la pente.

• On sait déjà que la Terre a un diamètre de 12748 Km

• Calculez le temps théorique de refroidissement de la Terre

Comte de Buffon

• A = 510 min / 12,8 cm soit environ 40 min par cm.

Extrapolation des résultats aux dimensions de la Terre

Temps en min Diamètre en cm

40 1

5,07928125 1010 1 274 800 000

Produit en croix

5,07928125 1010 minutes = 846546875 heures = 35272786 jours = 96637,77112 années

Ces résultats contrastent énormément avec les valeurs acceptées à l’époque et l’Eglise le menace déjà en 1749 d’emprisonnement suite à sa première estimation de 26 000 ans! A chaque révision de ses expériences il augmentait ses résultats et dû fuir Paris pour se réfugier à Montbard!Ses carnets manuscrits révèlent qu’il arriva à des estimations de 10 millions d’années ce qui était encore plus inconcevable à l’époque et n’a jamais publié ces chiffres.Il écrivit en 1779, « Le temps semble fuir et s’étendre à mesure que nous cherchons à le saisir, plus nous étendrons le temps et plus nous approcherons de la vérité ».

C’est la première démarche expérimentale pour l’âge d’une Terre vielle!

Comte de Buffon Correction

L’approche de lord Kelvin

Lord Kelvin Correction

3°C tous les 100 m donc 30°C par Km

A partir de quand au minimum avons-nous un gradient géothermique identique à celui que nous observons actuellement ?

Lord Kelvin Correction

En 1862, Lord Kelvin (1824-1907) s'attaque aux fondements de l' uniformitarisme : si la Terre se refroidit, son énergie thermique a nécessairement décru au cours des temps amenant une baisse de l'intensité des phénomènes géologiques et une modification de son aspect général.

En supposant que la température initiale du globe était homogène et égale à la température de fusion des roches et en utilisant les lois de la diffusion de la chaleur de Fourier (refroidissement par conduction), il calcule un temps de 20 à 400 Ma pour que la variation de température près de la surface (le gradient géothermique) atteigne la valeur actuelle de 37°/km. Il défend pour la Terre un âge fini de 100 Ma.

Le calcul de lord Kelvin ouvre une fameuse polémique car les géologues, qui ont l'intuition des longues durées géologiques sans pour autant arriver à le prouver, refusent de se laisser contraindre par la physique. Même s'ils ne supposent plus des temps infinis, ils ne veulent pas concevoir des âges inférieurs à 300-400 Ma.

Lord Kelvin

https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/histoire-age-Terre.xml

Correction

Observations, on part d’une hypothèse.Une démarche expérimentale mais avec approximation des paramètres (il manque la source de chaleur liée à la radioactivité non connue).Ce sont les étapes d’une démarches scientifique.Une extrapolation.Le fer, n’est pas une roche…..Exemple, la capacité thermique du fer est de 22,8 10-6 m2.s-1

Et celle d’une roche est de 1,2.10-6 m2.s-1

Observation (le gradient géothermique également).Un modèle mathématique qui décrit l’évolution dans le temps du gradient géothermique.Une extrapolation.Il ne connait pas la source de chaleur par radioactivité (la Terre ne ferait que se refroidir) et ne prend en considération que la conduction comme mode de refroidissement…il y a la convection.

Comparaison et critique des modèles.

Ces démarches ne se satisfont pas des croyances de l’époque. Des esprits logiques et

critiques se lèvent.

Correction

Gradient de 30°C.Km-1

2500/25 = gradient de 100°C.Km-12000/50 = gradient de 40°C.Km-1

1000/75 = gradient de 13,3°C.Km-1

800/200 = gradient de 4°C.Km-1

Plus le gradient géothermique est faible, plus la Terre est théoriquement âgée.

Soit un peu plus de 100 millions d’années.

Correction

Les arguments des géologues

• Les couches sédimentaires : livre Bordas pages 170

• Les fossiles : livre Bordas page 171

• Le principe d’actualisme

Calculez le temps nécessaire à l’érosion pour faire son œuvre sur cette vallée anglaise.

35 Km pour un taux d’érosion de 0,46 pouce par siècle soit 0,46X2,54 = 1,1684 cm par siècle.

35 Km = 35.105 cm.

Temps = distance/taux d’érosion = 35.105/1,1684 = 2995549,469 siècles soit presque 300 millions d’années.

Donc plus longtemps juste pour éroder la vallée que l’âge de la Terre proposée par Lord Kelvin. Il y a un problème. Les méthodes différentes ne convergent pas. Celle des physiciens est erronée vraissemblablement.

Correction

Calculez pour les deux extrêmes les âges proposés suite à ces études sédimentologiques.

Une pile reconstituée de 22 Km pour des taux de sédimentation de plusieurs cm/milliers d’années.Pour Philips en 1860 cela donnerait un âge à la Terre de : 22.105 cm / 22,9 cm par milliers d’années = 96069869000 années soit 96 milliards d’années.

Pour Wallace en 1892 cela donnerait un âge à la Terre de : 22.105 cm / 1,9 cm par milliers d’années = 1157894,737 milliers d’années soit 1,15 milliards d’années.

Entre ces deux extrêmes on est très loin des approximations des physiciens mais les méthodes ne semblent pas reproductibles tant la diversité des résultats varie selon les auteurs.

Correction

Interlude paléontologique :une semaine pour dégager de sa gangue calcaire ce spécimen de Lytoceras cornucopiae du Toarcien moyen vieux en fait de 183 millions d’années…mais comment en est-on arrivé à cette précision?

Avant

Après

La radiochronologie

Pourquoi Lord Kelvin avait faux dans son estimation d’âge de la Terre?

Historique des datations de la Terre en lien avec les découvertes avec les travaux sur la radioactivité.

• Les évolutions se font grâce aux techniques

• Aux couples isotopiques utilisés.

• Aux échantillons analysés.

• Plus ils sont vieux, moins il y en a car la Terre est une planète active avec une tectonique des plaques qui recycle les roches et remet les « compteurs » à zéro dans la datation des roches.

Correction

Isotope : mêmes éléments mais avec des nombres de neutrons différents. Certains sont instables et se désintrègrent en d’autres éléments ou autres isotope avec le temps. Ce sont des radio-isotopes.

Chronomètre géologique, radio-isotopeT correspond à la période de demie vie, caractéristique de l’élément radioactif considéré.

Pour séparer les isotopes et mesurer leurs proportion relative on utilise un spectromètre de masse. Les atomes sont détournés par un champ électromagnétique selon leur masse atomique.

Quel outil utiliser pour dater la Terre?Quels échantillons pour dater la Terre?

Dater la Terre à partir des météorites Pourquoi utiliser plutôt des météorites pour dater la Terre!?

A vous de choisir un outil pertinent pour répondre aux questions ainsi que des méthodes.

• On utilise Excel

• On rentre les rapports mesurés

• On fait un graphique nuages de points

• On fait tracer une courbe de tendance avec l’équation

• On a le coefficient directeur « a »

• On reporte dans le graphique ci-dessous

• On en déduit l’âge :

Correction

A

B

C

Exercice. Diversité des météorites

A faire

Exercice : datation d’un granite avec la méthode des isochrones et avec le couple isotopique rubidium/strontium

A faire

Le poignard de Toutânkhamon

A faire

https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/910-horloge-geologique?auth=b98f2cfd7b197152df212dbfcb604527-10238