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STAGE - HISTOIRE DE L'ÂGE DE LA TERRE

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Arguments historiques et calculs de l'âge de la Terre

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Arguments historiques et calculs de l'âge de la Terre

 

Au cours du temps, comment a-t-on appréhendé l’âge de la Terre ? Aujourd'hui, l'âge de la Terre fait l’unanimité : 4,567 giga années (milliard d’années).

 

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I. Antiquité et tradition chrétienne

 

On peut remonter très loin chez les philosophes grecs, dès Aristote, quatre siècles avant notre ère. Il faut considérer qu’il y avait une vision totalement cyclique des événements, c’est-à-dire qu’il n’y avait ni commencement, ni fin. Donc l’âge de la Terre ne suscitait aucune question, aucune problématique. Pas de début, pas de fin, donc pas d’âge.

Les ouvrages et les lectures bibliques vont amener à une réflexion, une estimation, un calcul d’âge qui était autour de 3 483 ans à 6 984 ans. Cette tradition chrétienne a perduré très longtemps.

 

II. XVIIIe siècle

 

Il faut attendre le XVIIIe siècle, le siècle des Lumières avec le début du développement des sciences et la naissance de la géologie, pour reprendre des calculs et trouver par différents géo chronomètres l’âge de la Terre.

Les géochronomètres c’est utiliser la géologie, donc les sciences qui étudient la Terre et ses différentes enveloppes, pour essayer d’appréhender son âge.

 

A. Salinité des mers

On peut notamment citer, au début du XVIIIe siècle, Edmond Halley qui a travaillé sur la salure et la salinité des mers. Au XVIIIe siècle, c’est l’approche empirique (observation) qui prévaut. On observe la nature, les roches et à partir de ces observations, on expérimente. Edmond Halley observe que l’eau de mer est salée, elle contient du NaCl. Son constat est que ce NaCl provient de l’érosion des montagnes. En calculant la quantité de NaCl qui est chaque année érodée de la montagne vers la mer et en postulant qu’initialement, au moment où la Terre s’est formée, l’eau des océans était douce, (il connaît la masse des océans actuels, il connaît la quantité NaCl apporté de la montagne à la mer) il en déduit un âge. Il va estimer un âge de l’ordre de la centaine de milliers d’années, c’est beaucoup plus important que l’âge biblique mais on reste quand même loin de la réalité.

 

B. Stratigraphie

Comme géochronomètre, on peut également citer la stratigraphie. C’est quand les sédiments se posent dans un milieu aqueux de manière horizontale. Lorsqu'on regarde une falaise, on observe des strates qui correspondent à des peaux sédimentaires. Si on a une idée de la hauteur de la falaise, par exemple 130 mètres, alors on a une idée de la vitesse de sédimentation, par exemple au niveau d’un estuaire c’est facile à mesurer : à peu près à 0,1 millimètre par an. 

On peut utiliser la formule $v = \dfrac{d}{t}$.

Pour une falaise de 130 mètres ($d$) et une vitesse de dépôt de 0,1 millimètre par an ($v$), on cherche l’âge, soit $t$ donc on isole $t$ dans la formule suivante : $v = \dfrac{d}{t}.$

Le $t$ vaut l’épaisseur de la falaise divisée par une vitesse : $t = \dfrac{d}{v}.$

Si cette vitesse est de 0,1 millimètre par an, le calcul se fait assez simplement, l’âge est donc de 1 300 000 ans. On est très loin de l’âge proposé jusqu’alors.

Ce géo chronomètre qui utilise la stratigraphie a été utilisé par Buffon ou encore Darwin.

 

C. Temps de refroidissement de la Terre

Buffon a envisagé une méthode de calcul de l’âge de la Terre avec une approche expérimentale extrêmement rigoureuse de géo chronomètre qui était le temps de refroidissement de la Terre. Il a hérité de forges en Bourgogne, et au sein de ses forges, il a pris des boulets de diamètres variables en fer, les a chauffés, et a mesuré le temps qu’il fallait pour que le boulet soit touchable 1 seconde, avec des tailles de boulets variables. Il a constaté que plus le boulet de fer très chaud est grand, plus le temps de refroidissement est long. Ensuite, il a également mesuré le temps pour lesquels ces boulets de diamètres variables revenaient à la température actuelle. Connaissant le diamètre de la Terre, il a extrapolé ses résultats pour avoir une idée du temps de refroidissement de notre planète. Il est arrivé à un âge de 74 047 ans, très précis, même si celui-ci n’était pas du tout significatif étant donné l’incertitude qu’il y avait. Il y a beaucoup de paramètres qu’il n’intégrait pas. La Terre n’est pas du fer mais un ensemble d’enveloppes concentriques de composition différentes. Ensuite, il n’a pris en compte qu’une transmission par conduction. Et enfin, la Terre continue d’émettre de la chaleur au niveau du manteau inférieur sous forme de radioactivité, donc il y a encore de la chaleur interne dans notre globe terrestre qui est émise. Il y a aussi d’autres formes d’émission.

 

II. XIXe siècle

 

Darwin a travaillé au niveau de la stratigraphie et a constaté qu’au sein d’une strate sédimentaire, il y avait une homogénéité des fossiles. Or son approche évolutive est que l’évolution des espèces est relativement longue. Si au sein d’une strate sédimentaire on a toujours les mêmes fossiles (ammonite ou autre), cela veut dire que, comme il y a beaucoup de strates sédimentaires, l’âge de la Terre n’est pas de l’ordre de la centaine d’années mais plus du million d’années.

Kelvin reprend un peu l’idée de Buffon, mais en prenant en compte la loi de Fourrier sur le temps de refroidissement. La loi de Fourrier intègre la température en fonction du temps dans les trois dimensions de l’espace. Lord Kelvin va trouver un âge de la Terre avec le centre chaud et la surface plus froide, de 24 à 400 millions d’années. Son travail omet le fait qu’il n’y a pas que de la conduction comme transfert thermique mais qu’il y a aussi de la convection. Il omet également  la chaleur permise par désintégration radioactive, il ne connaissait pas la radioactivité. Mais là encore, on approche de plus en plus du chiffre maintenant accepté.

 

III. XXe siècle

 

Pour obtenir un chiffre consensuel de l'âge de la Terre, faut attendre le XXe siècle et la datation absolue par la loi des croissances radioactives. Clair Patterson propose en 1957 grâce à un couple d’éléments radiogéniques (l’uranium qui donne l’élément plomb) un âge de la terre de 4,567 giga années