L’âge de la Terre…? La mesure des temps longs Christophe Larroque La Terre vue de la Lune (Apollo 8, 1968) Un âge c’est un instant précis … L’âge des plus vieilles roches terrestres… L’âge des plus vieux matériaux… 3,8 milliards d’années 4,4 ! 4 milliards d’années Des méthodes de datation particulières pour les objets et les événements géologiques Les temps sont longs et les témoins ne parlent pas facilement…. « Ce que disent les pierres… » Chronologie biostratigraphique / datations radiométriques → Naissance de la « géologie » (en temps que telle) au XVII-XVIIIe siècle. → Nécessité de la mise en place d’une chronologie à partir de l’analyse des couches de roches sédimentaires et des fossiles qu’elles contiennent -> stratigraphie, paléontologie… → Chronologie relative plaçant les couches géologiques et les évènements les uns / autres. Les roches archives de la Terre Chronologie biostratigraphique / datations radiométriques → 1896 : découverte de la radioactivité naturelle (Becquerel) → 1905 : Rutherford propose d’utiliser la constance de la vitesse de désintégration des radioéléments comme base de mesure du temps écoulé et comme possibilité de dater des objets/événements par rapport au temps présent. → Il faut « peser » les atomes (technologie complexe : spectromètre de masse…). 1913 : première échelle chronologique quantifiée Arthur Holmes (1890-1965) Le plus vieux date t-il la Terre ? La Terre est une planète dynamique 4,4 ! Sa surface se renouvelle en continu depuis sa formation… C’est la tectonique des plaques. = Les roches primitives ont disparu de la surface 2 idées émergent au milieu du XXe siècle… Les planètes du système solaire ont une origine commune et se sont formées en même temps (à 10-20 Ma près) Les météorites n’ont pas de dynamique interne, elles n’ont pas évolué depuis le début du système solaire C. Patterson (1922-1995) 5 météorites différentes Méthode Mesure Uranium →→→ Plomb 206Pb/204Pb et 207Pb/204Pb Age : 4,55 109 +/- 70 millions d’années → Des connaissances… → Des méthodes / outils… → De la réflexion donc un peu de temps… La Terre a toujours existé ! Aristote (385-322 av. JC.) Chronologie biblique : le 23 octobre 4004 avant J.C. ! J. Husser (1581-1656) Chronologie biblique : en 3998 avant J.C. I. Newton (1643-1727) L’âge de la Terre suivant les différentes versions de la Bible Vulgate Septente Bède le vénérable (d. 735) 3922 Théophile d’Antioche (d. 198) Scaliger (d. 1609) 3950 Eusèbe de Césarée (d. 339) Ussher (d. 1656) 4004 Isidore de Séville (d. 636) Peteau (d. 1652) 3984 Riccioli (d. 1671) Riccioli (d. 1671) 4184 Tables Alphonsines Newton (d 1725) 3990 5695 5199 5233 5634 6934 - Refuse (sans le dire) l’intervention divine et l’idée d’une « création » de la Terre. Pour lui la Terre s’est formée suite à la collision d’une comète avec le Soleil. - Reprend l’idée de Leibniz et de Newton que la Terre était initialement un globe en fusion. Buffon (1707-1788) - En 1767, il met au point des EXPERIENCES pour établir l’âge de la Terre en partant du postulat que la planète a été un globe en fusion (dont l’augmentation de la température dans les mines est le témoin). « C’est par des expériences fines, raisonnées et suivies que l’on force la nature à découvrir son secret; toutes les autres méthodes n’ont jamais réussies » Les forges de Montbard → Chauffe « au rouge » des globes de différentes matières, de différentes densités, de différents diamètres. Buffon (1707-1788) → Mesure les temps de refroidissement en fonction de leur taille et de leur densité … et il extrapole à la Terre (6400 km…). ½ pouce → 5 pouces 1779 75 000 ans… - Les fossiles … - Le cycle des roches… Des temps immenses sont nécessaires pour accumuler les sédiments au fond de la mer, les consolider sous forme de roche, les plisser et les transporter au sommet des montagnes. 100 ans pour déposer une couche d’argile de 1 mm Si la couche fait 1 m : 100 000 ans… centaines de millions d’années… milliards d’années ? 2 milliards d’années ! (résultat publié, 10 ans après sa mort, aux Pays-Bas, sous un pseudonyme…) Benoist de Maillet (1656-1738) Utilise les fossiles pour la datation des strates, il définit les ères Primaire et Secondaire de l’échelle des temps. Georges Cuvier (1769-1832) Auteur de la théorie transformiste des espèces. Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829) Bref, sédimentation, érosion, développement et diversification des organismes Il faut un temps long… température L’équation de la chaleur (1811) : temps Jean Baptiste Fourier (1768-1830) espace Terre initiale - Terre « solide homogène » : conduction avec C connu - T° uniforme : 3900°C (roches en fusion), pas d’autre chaleur - conditions aux limites : surface en contact avec le vide extérieur - solidification des roches et dissipation de la chaleur Terre actuelle Kelvin (1824-1907) - T° de surface : 20°C - T° profonde : 3900°C - Gradient thermique : 36°/km En 1862 : 20-400 millions d’années → 1897 : 24-40 millions d’années Sédimentation, formation des montagnes, salure des océans… tous ces processus demandent des temps très longs. Théorie de l’évolution (1859) - L’évolution des faunes et des flores demande des centaines de millions (milliards ?) d’années Charles Darwin (1809-1882) John Perry (1850-1920) En 1895 : la Terre n’est pas si « solide » que ça … - Une croûte solide de 50 km Bello et al., 2014 la Terre profonde… - Un manteau qui se comporte comme un fluide très visqueux : sur de grandes périodes de temps la Terre profonde n’est pas un solide…. convection… - Alors la chaleur est transportée beaucoup plus efficacement depuis la profondeur de la Terre et le gradient est beaucoup plus faible - Perry reprend les conditions initiales de Kelvin mais avec un gradient faible correspondant à la convection 78°/km 36°/km 5°/km 12°/km 2 à 3 milliards d’années En 1896, Becquerel découvre les étranges rayonnements émis par les sels d’urane… Henri Becquerel (1852-1908) En 1900, Marie et Pierre Curie démontrent que la radioactivité est une propriété générale de la matière, qui dépend du TEMPS et qui dégage de la CHALEUR. Marie Curie (1867-1934) En 1904, Rutherford effectue la première mesure d’âge d’une roche terrestre par la radioactivité et voudrait dater la formation de la Terre. Ernest Rutherford (1871-1937) Chercher et dater la plus vieille roche terrestre… En 1929, Holmes publie une synthèse qui fait consensus : Arthur Holmes (1890-1965) 2-3 milliards d’années → Les temps fossilifères ne représentent que les ~600 derniers millions d’années Dater la « plus vieille roche terrestre est une impasse… Les météorites n’ont pas de dynamique interne, elles n’ont pas évolué depuis le début du système solaire 3,8 milliards d’années C. Patterson (1922-1995) Méthode Uranium →→→ Plomb Age : 4,55 109 +/- 70 millions d’années → Le diamètre de la Terre était assez bien connu dès 200 avant JC… Alfred Wegener (1915), La genèse des continents et des océans. Quel accueil réserverions-nous au juge qui arriverait à sa conclusion en utilisant seulement une partie des indices à sa disposition ? Ce n’est qu’en réunissant les données de toutes les sciences qui se rapportent à l’étude du globe que nous pourrons espérer obtenir la « vérité », c’est-à-dire l’image qui systématise de la meilleure façon la totalité des faits connus et qui peut, par conséquent, prétendre être la plus probable. Et même dans ce cas, nous devons nous attendre à ce qu’elle soit modifiée, à tout moment, par toute nouvelle découverte, quelques soit la science qui l’ait permise. Cité par H. Krivine, Image de la Physique 2011, CNRS. → Et ... la vérité scientifique sur l’âge de la Terre dépend aussi du temps Différentes visions de l’écoulement du temps : → la course des planètes dans le ciel → la succession irréversible des fossiles dans les différentes couches du sol → Le refroidissement de la Terre → la transformation des atomes radioactifs Krivine H. (2011). L’histoire de l’âge de la Terre. Images de la Physique, CNRS. Richet P. (2004). La terre, le temps et l’histoire. Pour la Science, dossier hors-série « le temps des datations », Janvier-Mars 2004. Bourdon B. (2004). Les âges de la Terre. Pour la Science, dossier hors-série « le temps des datations », Janvier-Mars 2004. England P. et al. (2008). Kelvin, Perry et l’âge de la Terre. Pour la Science 364. Dal Prete I. (2015). L’ancienneté de la Terre révélée depuis la renaissance. La Recherche 498. https://www.franceinter.fr/emissions/sur-les-epaules-de-darwin/sur-les-epaules-de-darwin-27-fevrier2016 https://www.franceinter.fr/emissions/sur-les-epaules-de-darwin/sur-les-epaules-de-darwin-05-mars2016 https://www.franceinter.fr/emissions/sur-les-epaules-de-darwin/sur-les-epaules-de-darwin-12-mars2016 https://www.franceinter.fr/emissions/sur-les-epaules-de-darwin/sur-les-epaules-de-darwin-26-mars2016 https://www.franceinter.fr/emissions/sur-les-epaules-de-darwin/sur-les-epaules-de-darwin-09-avril2016 https://www.franceinter.fr/emissions/sur-les-epaules-de-darwin/sur-les-epaules-de-darwin-16-avril2016 C’est toute l’histoire de l’évaluation du temps, des dates et des différentes approches pour y parvenir C’est aussi l’histoire de l’évolution des vérités scientifiques propre à chaque époque… Datations radiométriques → La désintégration radioactive se fait à un taux constant dans le temps qui ne dépend que de l’atome considéré → La loi de décroissance : N(t) = N0 * exp(-lt) t = ln (N0/N) / l Nicolas Sténon (1638-1686), Les fossiles enfermés dans les roches… et la superposition des couches géologiques James Hutton (1726-1795) Georges Cuvier (1769-1832) Charles Lyell (1797-1875) Identification des strates suivant leur contenu en fossiles et continuité des couches géologiques : marqueurs chronologiques Premières échelles relatives des temps géologiques Chronologie biblique : base de calcul fondée sur la création de l’ensemble du monde en 6 jours - 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… - On déduit la date de naissance de Noé : en 1056 après la création - Noé avait 600 ans quand arriva le déluge qui date donc de 1656 avant J.C. - Ensuite ça se complique… et ça dépend des versions de la bible… Mais dans tous les cas les autorités religieuses imposent l’idée d’une Terre jeune ! Les fossiles : des restes présents dans les pierres… Génération spontanée ? Apporté par le déluge ? on en trouve partout et beaucoup : comment autant de restes d’animaux ont-ils pu s’accumuler en quelques milliers d’années ? Temps beaucoup plus long… 1ière échelle relative des temps géologiques Figure 1. A forerunner of the geological timescale (Philips, 1841). Spellings of words like 'Cainozoic', 'Palæozoic', 'Pleiocene' and 'Meiocene' frequently varied in the nineteenth century Life on the Earth : its origin and succession (Philips, 1860).
