3-2 L’histoire de l’âge de la Terre

L’âge de la Terre est d’un ordre de grandeur sans rapport avec la vie humaine. Sa compréhension progressive met en œuvre des arguments variés.

Lire le livre p144-145 : historique des estimations

TP expérience de Buffon

Lire le livre p146-147 : d’autres tentatives expérimentales

exercice p153 : datation d’une vallée

Au cours de l’histoire des sciences, plusieurs arguments ont été utilisés pour aboutir à la connaissance actuelle de l’âge de la Terre : temps de refroidissement, empilements sédimentaires, évolution biologique, radioactivité.

Livre p148-149 : datations par horloge radioactive (et explications ci-dessous tirées de « Temps géologique et désintégrations radioactives : la fin d’une longue controverse » par Pascal RICHET.

L’Uranium 238 se désintègre spontanément en Plomb 206, et le ²³⁵U se désintègre spontanément en ²⁰⁷Pb. Le ²⁰⁴Pb est stable.

On mesure toujours l’apparition d’isotopes radioactifs (ici ²⁰⁶Pb et ²⁰⁷Pb) par rapport aux isotopes stables (ici ²⁰⁴Pb). On mesurera donc les rapports ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb et ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb.

A la suite des désintégrations de ²³⁸U et ²³⁵U, les abondances de ²⁰⁶Pb et ²⁰⁷Pb croissent tandis que celle de ²⁰⁴Pb reste constante : les rapports²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb et ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb augmentent ainsi avec le temps. Le point de départ de cette évolution est fixé par la composition du plomb primordial. Le chemin parcouru dépend en outre de la teneur en uranium du minéral, car le ²⁰⁴Pb est en effet dilué d’autant plus vite par les isotopes radiogéniques que cette teneur en uranium est forte. A partir de la même composition primordiale, des minéraux de teneur croissante en uranium définissent ainsi des évolutions de plus en plus marquées. Or ces chemins ont la particularité mathématique très intéressante que des minéraux de même âge, mais de teneurs en uranium différentes, se placent tous sur une même droite partant de la composition primordiale. L’âge est alors très simplement donné par la pente de cette droite, appelée isochrone par Houtermans. Les courbes en trait plein sont ici tracées pour des rapports initiaux (i = U/Pb = 8, 15 et 20), et les isochrones figurées pour 1,5, 3 et 4,5 milliards d’année (droites en tireté).

Il reste cependant à trouver des échantillons dont la composition isotopique approche mieux celle du plomb primordial. C’est au géochimiste américain H. Brown (1917-1986) et à son élève C. Patterson (1922-1995) qu’on doit l’idée d’aller le chercher dans les météorites. Où trouver ailleurs, en effet, des minéraux pauvres en uranium, datant des premiers stades d’accrétion planétaires, dont le plomb n’a été pollué par aucune sorte d’interaction avec du plomb radiogénique ? En 1955, Patterson identifie en effet les plus bas rapports 206/204 et 207/204 dans des inclusions sulfurées de Canyon Diablo, la chondrite carbonée dont la chute a formé le célèbre Meteor Crater, dans l’Arizona. En supposant qu’il tient là les rapports isotopiques du plomb primordial, Patterson a l’immense satisfaction de voir que les autres météorites qu’il a analysées définissent une très belle isochrone d’âge 4,55 milliards d’années (voir figure). Quant à la Terre, sa composition, qu’il tire d’analyses du plomb de sédiments océaniques, se place également juste sur cette isochrone. En excluant toute coïncidence, Patterson trouve que la Terre et les météorites ont le même âge, et donc une origine commune.

L’âge de la Terre aujourd’hui précisément déterminé est de 4,57.10⁹ ans.

exercice 5p154 : le chronomètre Rb/Sr

brève Pour la Science « Quand Homo erectus côtoyait les Paranthropes« 

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Savoir : Au cours de l’histoire des sciences, plusieurs arguments ont été utilisés pour aboutir à la connaissance actuelle
de l’âge de la Terre : temps de refroidissement, empilements sédimentaires, évolution biologique, radioactivité.
Grâce à l’existence de certains noyaux radioactifs contenus dans les minéraux des roches, l’âge de la Terre est aujourd’hui précisément déterminé à 4,57.109 ans.

Savoir faire : Interpréter des documents présentant des arguments historiques utilisés pour comprendre l’âge de la Terre.
Identifier diverses théories impliquées dans la controverse scientifique de l’âge de la Terre.