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L'Âge de la Terre...
Clair Cameron Patterson établit l'âge de la Terre
C’est le géochimiste Clair Cameron Patterson (1922-1995), professeur à Caltech, qui, en 1953, a établi pour la première fois l’âge de la Terre grâce à ses travaux pionniers sur les rapports isotopiques du plomb dans la météorite Canyon Diablo. Cette analyse lui a permis de déterminer un âge de 4,550 milliards d’années, l’une des mesures les plus marquantes de l’histoire des sciences à cette époque.
Cet âge a ensuite été confirmé par d’autres méthodes radiochronologiques, notamment les systèmes potassium-argon (K-Ar) et rubidium-strontium (Rb-Sr), ainsi que par la datation des roches lunaires rapportées par les missions Apollo. Les estimations les plus récentes, publiées en 2017, situent l’âge de la Terre à environ 4,5685 milliards d’années, en accord avec les données issues des horloges isotopiques et des fragments météoritiques.
Lire à ce sujet :
"Le Soleil, la Terre... la vie : La quête des origines," Robert Pascal et al., Belin/Pour la Science, 2009.
Lire également les travaux de :Bruce R.Doe et Robert E.Zartman de l’U.S.Geological SurveyGeorge W.Wetherill de la Carnegie Institution de Washington.
Principe des horloges isotopiques
Les horloges isotopiques reposent sur la désintégration radioactive : certains isotopes instables se transforment spontanément en isotopes stables à un rythme constant, caractérisé par leur demi-vie (temps nécessaire pour que la moitié des atomes initiaux se désintègre).
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Exemple : Uranium-238 → Plomb-206 (demi-vie ≈ 4,47 Ga)
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Exemple : Potassium-40 → Argon-40 (demi-vie ≈ 1,25 Ga)
En mesurant les proportions entre l’isotope parent et l’isotope fils dans un échantillon (roche terrestre, météorite, roche lunaire), on peut calculer le temps écoulé depuis la cristallisation du minéral. Ces méthodes sont extrêmement fiables car elles reposent sur des constantes physiques universelles et sont peu sensibles aux conditions externes.
Ainsi, la géochronologie isotopique constitue la base de notre compréhension de l’âge de la Terre et du Système solaire.
UN PEU D'HISTOIRE
L’évolution de la détermination de l’âge de la Terre :
des croyances aux méthodes scientifiques
L’âge de la Terre a longtemps été sujet à débats et controverses. Estimé à 4 000 ans avant J.-C. à la Renaissance, il est aujourd’hui fixé à 4,57 milliards d’années. Comment notre planète a-t-elle « vieilli » de plus de 4 milliards d’années en seulement 400 ans ? Cette évolution résulte de l’apport progressif des savoirs issus de la théologie, de la philosophie, de l’histoire, des mathématiques, de la physique, de la chimie et de la géologie.Problématiques :Quel est l’âge réel de la Terre ?Comment la détermination de cet âge a-t-elle évolué en fonction des courants d’idées et des avancées scientifiques ?
1. Des croyances aux positions dogmatiques
1.1 L’Antiquité et les mythes
Les civilisations antiques expliquaient la création du monde par des récits mythologiques :
Égypte antique : divinités créatrices.
Mythologie grecque : Gaia, Terre mère, enfant du Chaos.
Mythologie nordique : Odin, Vili et Vé façonnent la Terre à partir du corps d’Ymir.
Civilisation maya : création divine datée à 16,4 millions d’années, selon leur système de décompte cyclique.
Les religions monothéistes (Judaïsme, Christianisme, Islam) proposent une création divine en 7 jours, fondement du créationnisme, encore opposé aujourd’hui aux théories de l’évolution.
1.2 Les positions dogmatiques à la Renaissance
À la Renaissance, le récit biblique domine. Le théologien James Ussher (1654) fixe la création au 23 octobre 4004 av. J.-C., en s’appuyant sur le calcul des générations depuis Adam.
Dès le début du XVIème siècle, Léonard de Vinci, par l'observation des fossiles, remet en cause l'intervention d'un être supérieur dans la création de la Terre.
James Ussher.
1581 - 1656
Léonard de Vinci.
1452 -1519
2 L’évolution des arguments scientifiques
2.1 Salinité des océans
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Les travaux d’Edmond Halley (1656-1742) ont posé les bases d’une idée novatrice : la salinité des océans n’est pas constante depuis l’origine, mais résulte de l’apport progressif des ions dissous par les rivières et fleuves. Halley en conclut que, si l’on pouvait mesurer la vitesse d’accumulation du sel, on pourrait estimer l’âge des océans – et par extension celui de la Terre.
2.2 L’hypothèse du refroidissement terrestre
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Buffon (1774) : expérimente sur des boulets incandescents → extrapole à la Terre → âge estimé à 100 000 ans.
Edmond Halley,
1656 - 1742
Georges-Louis Leclerc,
comte de Buffon
1707 - 1788
William Thomson,
Lord Kelvin
1824 - 1907
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Kelvin :
Kelvin applique la théorie de la conduction thermique formulée par Fourier (équation de la chaleur) pour modéliser le refroidissement de la Terre :
où α (alpha) est la diffusivité thermique.
Hypothèses de Kelvin :
La Terre était initialement en fusion (≈ 3900 °C).
Elle se refroidit uniquement par conduction (pas de convection interne).
C'est un structure homogène et rigide.
Température actuelle : ~20 °C en surface, gradient thermique connu en profondeur.
En utilisant l’équation de Fourier et les conditions aux limites, Kelvin calcule le temps nécessaire pour atteindre le gradient actuel.
Résultat :
Première estimation : entre 20 et 400 millions d’années.
Puis révisée à 20–40 millions d’années.
Pourquoi était-ce faux ?
Kelvin ignorait la convection interne et la radioactivité (inconnue à l’époque), qui apportent de la chaleur et prolongent le refroidissement.
E3C premiè...CHIMIX.COM,
physik.fr,
pia.ac-paris.fr,
blablasciences.com.
2.2 Les processus sédimentaires et l’érosion
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Stratigraphie Charles Lyell, (1830) :
Charles Lyell a utilisé des raisonnements basés sur des processus lents et cumulatifs pour estimer l’âge de la Terre, bien avant la découverte de la radioactivité.
En observant l’érosion des chaînes de montagnes et l’accumulation des sédiments, il applique le principe d’actualisme (« le présent est la clé du passé »). Les vitesses d’érosion étant très faibles, il conclut que des centaines de millions d’années sont nécessaires pour former les empilements sédimentaires observés.
Charles Lyell
1797- 1875
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Fossiles, Charles Darwin
Charles Darwin, dans L’Origine des espèces (1859), avance une estimation basée sur des processus géologiques observables. Il part du principe que la vallée du Weald, dans le sud de l’Angleterre, a été creusée par l’érosion marine à un rythme comparable à celui observé à son époque.
En extrapolant ce taux d’érosion, il conclut que la formation de cette vallée aurait pris environ 300 millions d’années.
Cette approche illustre bien la méthode des naturalistes : raisonnement inductif à partir de phénomènes actuels (principe d’actualisme).
Darwin utilisait cette estimation pour soutenir l’idée que la Terre devait être très ancienne, ce qui était cohérent avec la lenteur des processus évolutifs qu’il proposait.
Charles Darwin
1809 - 1882
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L'hypothèse de Halley, est reprise et approfondie par John Joly (1857-1933) à la fin du XIXᵉ siècle.
John Joly propose un calcul quantitatif :
Il estime la masse totale de chlorure de sodium présente dans les océans.
Il évalue le flux annuel d’ions apportés par les rivières.
En extrapolant ces données, il conclut que l’âge de la Terre devait être proche de 100 millions d’années.
Limites de la méthode :
Cette approche, bien que novatrice, souffre de plusieurs biais :
Elle suppose que la salinité des océans augmente de manière linéaire, ce qui est faux.
Des processus compensateurs (précipitation, sédimentation, évaporation, volcanisme) stabilisent la salinité depuis longtemps.
Malgré ses limites, cette méthode illustre la transition vers une argumentation scientifique quantitative, avant l’avènement des techniques radiométriques au XXᵉ siècle.
John Joly,
1857 - 1933
2.3 L’apport décisif de la radioactivité
Au XXe siècle, la découverte de la désintégration radioactive (Becquerel, Curie, Rutherford) révolutionne la datation. Les isotopes instables se transforment en isotopes stables à un rythme constant (demi-vie), permettant de calculer l’âge des roches.
Clair Patterson (1953) utilise les couples Uranium-Plomb (238U/206Pb et 235U/207Pb) sur des météorites et obtient un âge de 4,55 milliards d’années, confirmé par la méthode des isochrones.
Cet âge est aujourd’hui affiné à 4,568 milliards d’années.
Conclusion
La détermination de l’âge de la Terre illustre l’évolution des savoirs : des dogmes religieux aux méthodes expérimentales, puis aux modèles physiques et chimiques. La controverse scientifique, loin d’être un obstacle, est le moteur du progrès : chaque hypothèse est remise en question par de nouvelles observations et théories, jusqu’à stabilisation des connaissances.