Histoire de l'âge de la Terre

L'HISTOIRE de L'ÂGE de la TERRE

Le Cam SVT

INDEX

00

Consigne et document à compléter

01

Du dogme à la démarche scientifique

02

Les controverses du XIXe siècle

03

La révolution de la radio-chronologie

Fin

Conclusion

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Consignes :

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1. Compléter le tableau grâce à la présentation.2. Produire la graphique de Buffon et calculer l’âge estimé par sa méthode.3. Compléter le tableau des résultats des géologues du 19ème siècle.4. Calculer l’âge de la Terre selon Joly.5. Grâce à vos connaissances ou à des recherches bibliographiques, expliquer pourquoi les méthodes de Buffon, Kelvin, Lapparent, Darwin et Joly pour dater la Terre sont fausses.6. Déterminer l’âge de la Terre (selon Patterson).7. Expliquer, de l’Antiquité à nos jours, comment a évolué la démarche de datation de la Terre.

C'est parti !

01

Du dogme à la démarche scientifique

De l'Antiquité au XVIIIe siècle...

Du dogme à la démarche scientifique

Edmond Halley

Georges-Louis Leclerc comte de Buffon

Aristote

Léonard de Vinci

James Ussher

Vers la partie 2

Aristote

384 av. J.-C. - 322 av. J.-C.

"On peut [...] voir clairement que l'ensemble du ciel n'a pas été créé, qu'il ne peut pas davantage périr, comme le disent quelques philosophes, mais qu'il est un et éternel, et qu'il n'a ni commencement ni fin, durant toute l'éternité." Extrait du Traité du ciel (II-1) par le philosophe grec Aristote

Une section du cosmos d’Aristote, publiée en 1540 par l’astronome Peter Apian dans Cosmographia. Le ciel d’Aristote, centré sur la Terre, est globalement parfait, donc sphérique. © History of Science Collections, University of Oklahoma Libraries

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James Ussher

1581 - 1656

Ussher a exercé les fonctions d'archevêque anglican d'Armagh et de primat d'Irlande. Ce théologien a publié une chronologie biblique situant la Création dans la nuit précédant le dimanche 23 octobre 4004 avant Jésus-Christ dans le calendrier julien.

" La Bible contient une chronologie détaillée des premières générations : Adam a vécu 930 ans., il enfanta Seth à l'âge de 130 ans, qui engendra Enoch à 105 ans, qui engendra Quénân à 90 ans, etc. Il est alors facile de déduire la date de naissance de Noé : 1056 ans après la Création. Comme Noé avait 600 ans quand arriva le Déluge, ce dernier est daté de 1656 ans après la Création. Abraham naît 292 années plus tard. Jusque-là, la précision est totale. Ensuite la chronologie est beaucoup plus floue. " Hubert Krivine, "Histoire de l'âge de la Terre"

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© ES 1ère 2019 Nathan

Léonard de Vinci

1452 - 1519

Scientifique et artiste italien, il s'intéresse notamment aux fossiles. En les comparant aux animaux vivants à son époque, il propose qu'il s'agit de restes d'êtres vivants aujourd'hui disparus. En écrivant cela dans ses carnets, il exclut ainsi toute formation de la Terre sous l'influence de forces célestes ou d'un déluge biblique, et va ainsi à l'encontre de la pensée dogmatique du XVIe siècle.

Croquis d'un réseau hexagonal, au milieu de croquis de fossiles marins, pourrait bien représenter le fossile du Paléodictyon, issu des sédiments marins du début du Cambrien. © Baucon, 2010

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Cycle de l'eau

Edmond Halley

1656 - 1742

" Edmund Halley (l’homme de la comète) explique que la salinité de la mer a été apportée par l’eau douce des rivières. Ce n’est pas un paradoxe. L’eau réputée douce des rivières contient en réalité quelques sels provenant des roches qu’elle érode. Elle fournit continûment ces sels à l’océan qui, en permanence, évapore de l’eau douce ; le bilan est donc simple : l’eau de l’océan se charge petit à petit en sels des rivières. À l’appui de cette thèse, les lacs qui ont un déversoir ne sont pas salés, mais le deviennent dès qu’ils sont isolés. Ainsi, en estimant la quantité de sels des océans et le débit total des fleuves (en tonnes de sel par année), on peut déduire le temps néces-saire à leur apport. Halley n’a pas donné d’estimation, mais pensait que son modèle prouverait que la Terre était beaucoup plus vieille qu’on ne le croyait. " Hubert Krivine, "Histoire de l'âge de la Terre"

© www.cieau.com Le centre d'information sur l'eau

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Georges-Louis Leclerc Comte de Buffon

1707 - 1788

" Dans une première publication, Les Époques de la nature, en 1779, Buffon annonce que la Terre doit avoir 25 000 ans, un âge bien plus important que celui admis alors par l'Église. A la sortie de son ouvrage, Buffon écrit de Paris à un ami : « Je mets donc pour le moment présent mon salut dans la fuite et je pars dimanche pour arriver à Montbard » (son fief de Bourgogne). Après quelque temps et quelques lettres d'excuses aux instances ecclésiastiques, il peut revenir à Paris. Il continue alors ses travaux. " Il part du constat que la température augmente en profondeur (d’après l’observation de mines) pour émettre l’hypothèse que la Terre était à l’origine une boule de roches en fusion, qui refroidit sans cesse depuis sa formation. Il élabore alors un protocole rigoureux à partir d’une publication de Isaac Newton sur la propagation de la chaleur : dans ses forges, il chauffe à blanc des boulets de différentes tailles et en mesurant la durée de leur refroidissement, il parvient à établir un modèle qu’il extrapole à une sphère de la taille de la Terre." Ses carnets révèlent quant à eux que ses expériences donnent à la Terre plus de 10 millions d'années. S'il s'en tient finalement à une chronologie officielle plus courte, il ne peut s'empêcher d'en expliquer la cause en ces termes : « néanmoins il faut raccourcir autant qu'il est possible pour se conformer à la puissance limitée de notre intelligence. » "D'après Patrick De Wever, « Buffon et la première approche expérimentale de la mesure du temps », Futura-sciences.com, septembre 2015.

Le postulat de Buffon

Reconstitution de l'expérience de Buffon

© ES 1ère 2019 Nathan

Tableau des résultats expérimentaux de Buffon en 1774 :

Tracer le graphique de la durée de refroidissement en fonction du diamètre des boulets et déterminer, par calcul, l'âge de la Terre selon cette méthode de Buffon. Diamètre de la Terre = 941 461 920 demi-pouces 1 an = 365,21 jours

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Chronologie

Du dogme à la démarche scientifique

Antiquité

XVIIe

XVIIIe

Aristote

James Ussher

Buffon

Les controverses du XIXe siècle

XVIe

XVII-XVIIIe

Edmond Halley

Léonard de Vinci

En avant...

02

Les controverses du XIXe siècle

Des arguments géologiques et biologiques...

Les controverses du XIXe siècle

William Thomson Lord Kelvin

Charles Lyell

Charles Darwin

Albert de Lapparent

John Joly

Vers la partie 3

William Thomson - Lord Kelvin

1824 - 1907

Les lois physique de la conduction thermique sont décrites par l’équation de la chaleur du mathématicien français Joseph Fourier. Lord Kelvin, physicien britannique s’appuie sur ces travaux pour donner d’abord une fourchette de 20-400 millions d’années en 1862, qu’il a réduit en 1897 à 20-40 millions. Kelvin part du même modèle que Buffon : ce qu’il appelle « début de la Terre » est une boule à la température uniforme de la roche en fusion, évaluée à 3 900 °C. Très rapidement la température de sa surface, en contact avec le vide extérieur se stabilise à aux alentours de 20 °C. A partir de ses hypothèses, il calcule l’évolution de la température en fonction de la profondeur pour différents âges de la Terre, en comparant avec un gradient géothermique constant à 36°C/km (déterminé à partir de mesures réalisées dans des mines). D'après Hubert Krivine, "Histoire de l'âge de la Terre"

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© ES 1ère 2019 Hatier

Les calculs de Lord Kelvin entrent en opposition avec les travaux de nombreux biologistes et géologues. L'interprétation des fossiles a remis en cause la conception d'un monde jeune. Les idées changèrent peu à peu, le pape Pie VII, lui même, reconnu que les jours de la "Genèse" n'étaient que des périodes de temps indéterminées qui expliquaient l'histoire de l'Homme et non celle de la Terre.

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Charles Lyell

1797 - 1875

A la fin du 18ème siècle, James Hutton, géologue écossais, proposa de refaire l'histoire de la Terre à partir de l'observation des phénomènes actuels = principe d’Uniformitarisme / d’Actualisme. Vu la durée de certains phénomènes, l'âge de la Terre devait être nettement supérieur à celui énoncé auparavant. Des géologues, dont le chef de file est Charles Lyell, proposent d'utiliser les taux de sédimentation (supposés constants dans le temps) pour évaluer l'âge de la Terre. Le taux de sédimentation étant de l'ordre de 1cm/an en certains endroits (soit 1m/1000 ans), une séquence de 1000 mètres d'épaisseur aurait mis 1 million d'années à se déposer. Or beaucoup de séquences ont une épaisseur supérieure ! Acces ENS Lyon

Un exemple de destruction due à l’érosion : Le Grind of the Navir (brèche ouverte par la mer dans une falaise des îles Shetland, élargie d’hiver en hiver par la houle qui s’y engouffre).

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Extrait de la sixième édition de Principles of geology par Charles Lyell, 1833

© Extrait de geograph.org.uk 30

Albert de Lapparent

1839 - 1908

Calculer l’âge de la Terre selon de Lapparent et Philips.

Sur le même principe que Charles Lyell, Albert de Lapparent estime une vitesse de sédimentation de 0,511 mm/an et une épaisseur cumulée de toutes les formations sédimentaires approchant les 45 km d’épaisseur.

© ES 1ère 2019 Le livre scolaire

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L'étude des fossiles

Charles Lyell, ami proche de Darwin, est le premier à avoir l’idée d’identifier les strates (couches) sédimentaires en fonction de leur contenu en fossiles, et à les nommer. Sur ce principe, William Smith, géologue britannique, décrit le cumul théorique de ces strates sur 22 km d'épaisseur, avec leurs fossiles caractéristiques. NB : Il n'y a pas de lieu où il y a 22 km d'épaisseur de strates sédimentaires, mais un lieu où on peut par exemple observer la superposition de strates du Cambrien au Dévonien et ailleurs des strates du Permien, ailleurs celles du Trias et du Jurassique, etc...

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Les formations sédimentaires de Grande-Bretagne et leurs fossiles caractéristiques 1888

"Un vénérable Orang-outang», caricature dans le magazine Hornet, n°22 Mars 1871

Dessin extrait du First Notebook on Transmutation of Species 1837 : Arbre représentant les relations de parentés entre des êtres vivants A, B, C et D, avec 1 l'ancêtre commun.

Charles Darwin

1809 - 1882

Naturaliste et paléontologue britannique, il publie en 1859 sa théorie de l'origine des espèces qui implique que les espèces actuelles sont le résultat de l'évolution d'espèces ancestrales sous l'influence de la sélection naturelle. Pour que des variations minimes à l’échelle d’une génération puissent peu à peu donner naissancce à une nouvelle espèce (spéciation), il est nécessaire que les temps géologiques soient extrêmement grands (plusieurs centaines de Ma). Parce que sa théorie de l'évolution des espèces venait bousculer tout le système de pensée occidental, Charles Darwin fut férocement critiqué.En 1859, il estime à 300 Ma le temps mis par la mer pour creuser la vallée de Weald dans le sud de l'Angleterre. Cette durée lui semble compatible avec l'évolution biologique et les lents processus de la sélection naturelle.

Représentation actuelle de la parenté de tous les êtres vivants :

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© ES 1ère 2019 Nathan

1. Calculer le volume total des océans. 2. Calculer la masse totale des océans. 3. Calculer la masse d'ions sodium contenue dans les océans. 4. Calculer la masse d'ions sodium apportée annuellement par les rivières à l'océan. 5. Déduire l'âge de la Terre selon Joly.

John Joly

1857 - 1933

En 1899, Joly reprend les hypothèses de Halley : - Le sodium est apporté aux océans seulement par les rivières. - Il n'y a pas de perte de sodium dans les océans. - L'eau des océans ne contenait initialement pas de sodium. Il estime alors la quantité de sels dans les océans ainsi que les apports annuels par les eaux douces (en tonnes de sel par année) et en déduit le temps nécessaire à « saler » les océans et donc l’âge de la Terre.

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Chronologie

Les controverses du XIXe siècle

Physique

Géologie

Géologie

Lord Kelvin

Albert de Lapparent

John Joly

La révolution de la radio-chronologie

Géologie

Paléontologie

Charles Darwin

Charles Lyell

En avant...

03

La révolution de la radio-chronologie

Les apports du XXe siècle...

Chronologie

La révolution de la radio-chronologie

Clair Cameron Patterson

Henri Becquerel

Alfred Nier

Marie Curie

Ernest Rutherford

Datation d'une roche de 2,57 Ga Méthode 207Pb/206Pb

Découverte de la radioactivité

1953

Extraction de Radium

1ère datation d'une roche : 40 Ma Méthode Radium-Hélium

1896

1904

1936

1946

1902

1907

Arthur Holmes & Fritz Houtermans

Pierre Curie

Bertram Boltwood

En avant...

Principe de la décroissance radioactive

Datation d'une roche de plus de 400 Ma Méthode Uranium-Plomb

Age de la Terre grâce à la méthode Pb-Pb : 3 à 3,4 Ga

Les météorites

Formation et différenciation des astéroïdes :

Des fragments d’astéroïdes entrent dans l’atmosphère terrestre et s’écrasent sur le sol : on les appelle alors « météorites ». Pour la plupart, ces fragments proviennent de la ceinture d’astéroïdes située entre Mars et Jupiter. Comme tous les objets du Système solaire, ils se sont formés par accrétion à partir du nuage de gaz et de poussières en rotation autour de notre étoile en formation (nébuleuse solaire). Contrairement aux planètes, ces astéroïdes n’ont plus connu de changements géologiques depuis leur formation. On distingue plusieurs catégories de météorites selon le type d’astéroïde dont elles sont issues :- les chondrites sont issues d’astéroïdes non différenciés ;- les achondrites sont issues du manteau ou de la croûte d’astéroïdes différenciés alors que les sidérites sont issues de leur noyau.

© ES 1ère 2019 Bordas

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Les géochronomètres

D'après ES 1ère 2019 Bordas

Les roches contiennent naturellement des isotopes radioactifs. Un couple isotopique père/fils constitue un géochronomètre. La quantité de l’isotope père diminue au cours du temps tandis que celle de l’isotope fils augmente selon une vitesse de désintégration propre au couple isotopique. Cette vitesse est caractérisée par la demi-vie, notée t1/2. En mesurant les quantités d’isotopes père ou fils dans un échantillon, on peut en déterminer l’âge.On considère que les résultats obtenus par cette méthode de datation sont fiables pour des durées allant du millième de la demi-vie à dix fois celle-ci. Ces géochronomètres ne peuvent être utilisés que sur des roches ayant conservé depuis leur formation l’ensemble des isotopes étudiés. Il s’agit généralement d’une roche magmatique.NB : La notion d’isotopie est découverte par Soddy en 1911 pour rendre compte des propriétés chimiques très proches de certains éléments chimiques. Deux isotopes ont le même nombre de protons et d’électrons, mais pas le même nombre de neutrons. Le plomb comprend de nombreux isotopes dont le plomb 204 qui est stable et n’est pas le résultat d’une chaîne de désintégration radioactive.

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La loi de désintégration radioactive

Cette désintégration s’effectue selon une loi qui dépend du temps et d’une constante de désintégration (λ) propre à chaque isotope. L’équation fondamentale de la désintégration est la suivante :

N(t) : nombre de noyaux radioactifs tous identiques présent dans l'échantillon à la date t. No : nombre de noyaux radioactifs tous identiquesinitialement présent dans l'échantillon λ : contante radioactive en s-1

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Clair Cameron Patterson

1922 - 1995

En 1953, Clair Patterson, un géochimiste américain, comprend que les plus vieilles roches accessibles à la surface de la Terre ne peuvent fournir que l’âge de la croûte, couche supérieure en remaniement permanent. Il applique la méthode plomb-plomb, développée par Alfred Nier, à cinq météorites. Cette méthode de datation absolue exploite les deux géochronomètres suivants :

Evolution au cours du temps des compositions d'une roche initialement riche en Uranium :

© ES 1ère 2019 Nathan

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Clair Cameron Patterson

1922 - 1995

Il constate que toutes les météorites étudiées s’alignent dans un diagramme isotopique du plomb, et en conclut que leur origine est commune (même réservoir de matière initial et même âge, celui du système solaire). Connaissant le comportement chimique du plomb, Patterson complète son analyse avec celle de sédiments océaniques pour obtenir une composition isotopique moyenne de la Terre. Il place alors cette valeur terrestre sur la droite isochrone des météorites et en déduit un âge commun.

Résultats des rapports isotopiques du plomb mesurés par Patterson dans différents échantillons météoritiques :

© ES 1ère 2019 Bordas

1. Tracer l'isochrone des météorites avec 207Pb/204Pb en ordonnée et 206Pb/204Pb en abscisse. 2. Faire apparaître l'équation de la courbe de tendance. 3. Déterminer l'âge de la Terre en retrouvant, dans le tableau Excel, la pente du géochrone correspondant au coefficient directeur (avec 4 chiffres significatifs) de l'isochrone tracée.

Tableau EXCEL

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Conclusion

Conclusion

L'Histoire de l'âge de la Terre

Quel est l'Âge de la Terre ? #02 Science

de "J'm'énerve pas, j'explique"

17 janv. 2018

Fin

Bon travail !

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Rappel : Dans un mail je mets les formes et je nomme mon fichier Nom_Prénom_classe_AgeTerre