Le coin des sciences avec Robert64

[Robert64]

La petite histoire de l'âge de la terre (suite)
Allez ! On continue.

L'idée que les lois de la physique sont universelles, applicables non seulement dans le présent mais aussi dans le passé et le futur peut sembler une banalité aujourd'hui. Cela n'allait pas de soi au XVIIème siècle. René Descartes (1596-1650) a été l'un des initiateurs de cette idée. Pour lui, l'intervention de Dieu se borne à la création ; les lois de la physique gouvernent ensuite le développement des vallées, des rivières et des montagnes. Philosophie que Blaise Pascal (1623-1662) critique en ces termes: «Je ne puis pardonner à Descartes; il aurait bien voulu dans sa philosophie, se pouvoir passer de Dieu; mais il n'a pu s'empêcher de lui faire donner une chiquenaude, pour mettre le monde en mouvement: après cela, il n'a plus que faire de Dieu..»

Le XVIIIème siècle voit s'ébaucher des idées qui vont presque* toutes se développer par la suite.
Par exemple, les temps de stratification et d'érosion, les temps de refroidissement extrapolés à la Terre, la teneur en sel des océans et l'évolution de la distance Terre-Lune.
(*) La méthode fondée sur la multiplication de la population humaine depuis l'Arche de Noé resta sans lendemain. Sachant qu'après le Déluge il ne restait qu'un couple d'humains, et supposant un taux de croissance donné, un petit calcul donne le temps nécessaire pour obtenir la population actuelle.

Les temps de stratification et d'érosion
La datation par stratigraphie repose sur des utilisations hasardeuses de la proportionnalité : s'il faut 100 ans pour déposer 1mm d'argile et si la couche mesure 1m, alors le temps de dépôt est de 100000 ans. Les temps d'érosion, de creusement de vallées et de canyons ont été étudié avec la même méthode. On peut considérer le danois Niels Stensen (1638-1686) comme l'un des pères fondateurs de la stratigraphie.
Benoist de Maillet (1656-1758) était un excentrique, grand admirateur de Cyrano de Bergerac. Pour lui, toute la terre a émergé de la mer. Il extrapole la vitesse de retrait de la mer et aboutit à un âge de deux milliards d'années. Craignant les foudres de l'Eglise, il prend la triple précaution de n'écrire que sous un pseudonyme (Telliamed) et de faire en sorte de n'être publié que 10 ans après sa mort, de plus à l'étranger (Pays Bas)
Pour fantaisistes qu'ils puissent nous apparaître sous certains aspects, ces travaux furent utilisés par Buffon et Cuvier.
Georges Louis Leclerc, comte de Buffon (1707-1788) s'intéressa aussi aux temps de sédimentation. Impressionné par l'épaisseur des couches sédimentaires des Alpes et la lenteur des dépôts dans les océan, il aboutit à un âge qui se chiffre en millions d'années. Prudemment, il ne publia pas ces résultats préférant «être plat que pendu»
Au XIXième siècle, notamment grâce à Georges Cuvier (1769-1832) et William Smith (1769-1839 qui eurent l'idée de dater les couches géologiques par les fossiles qu'elles contenaient, la stratigraphie constitua la principale source de renseignements sur l'histoire de la Terre.Elle permettait de comparer des âges, mais pour donner un âge absolu, elle resta toujours dépendante de l'estimation des temps de dépôt et d'érosion.

Les temps de refroidissement
Cette hypothèse est également due à Buffon: la Terre serait le résultat du refroidissement d'une planète composée initialement de roches en fusion. Le modèle est celui d'une sphère incandescente qui se refroidit.
Dans ses forges de Montbard, il chauffe au rouge des sphères de rayons différents et composées de matériaux variés, mesure les temps de refroidissement jusqu'à l'ambiante, puis extrapole ses résultats à une sphère du rayon terrestre (6400km), partant de boulets de ½ à 5 pouces.
Il n'a malheureusement pas la théorie pour le faire et son extrapolation linéaire est fausse.
Arrive alors le «secours» de la théorie en la personne de William Thomson (1824-1907) qui deviendra Lord Kelvin. En s'appuyant sur l'équation de propagation de la chaleur (équation de Fourier), il donne en 1862 une fourchette de 20 – 400 millions d'années, qu'il réduira à 20 – 40 millions en 1897.
Il est important de noter que l'équation de Fourier ne marche que si on suppose la terre rigide, c'est à dire sans transport possible des matériaux internes.
Kelvin pensait avoir démontré la validité de cette hypothèse par des considérations astronomiques.
Sa fourchette a été prise comme « parole d'évangile » à cause de la validité de l'équation de Fourier, jamais mise en défaut.
En scientifique scrupuleux, Kelvin a tenté de vérifier sa fourchette par d'autres voies : il a tenté de calculer l'âge du soleil considéré à l'époque plus vieux que la Terre et qui donnerait ainsi une limite haute.
Mais il fallait d'abord comprendre l'origine de l'énergie du soleil. On savait déjà que ce n'était pas chimique : un soleil brûlant du carbone ne dépasserait pas quelques milliers d'années.
Il fit alors l'hypothèse que l'énergie provient de l'effondrement gravitationnel de l'étoile. De ses calculs, il a obtenu une valeur « probablement inférieure à 100 millions d'années »
Avec le commentaire suivant : « unless sources now unknowed to us are prepared ». (à moins que des sources qui nous sont inconnues maintenant soient découvertes)
Là, il est passé très près d'une découverte majeure. Malheureusement, cette petite phrase est passée inaperçue et a été vite oubliée.
A remarquer aussi l'intuition du géologue Thomas Chrowder Chamberlin (1843- 1928) , qui disait, 4 ans avant qu'on ne comprenne le rôle de la radioactivité : « les connaissances actuelles du comportement de la matière dans des conditions aussi extraordinaires que celles qui existent à l'intérieur du soleil sont-elles assez exhaustives pour garantir l'affirmation selon laquelle il n'y aurait pas à cet endroit de source de chaleur inconnue ? »

La salinité des océans
Edmund Halley (l'homme de la comète, 1656 - 1742) 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 sel des rivières. Ainsi, en estimant la quantité de sel des océans et le débit total des fleuves, on peut déduire le temps nécessaire 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 pensait.
Cette idée fut reprise beaucoup plus tard par John Joly (1857 – 1933) qui arriva à un temps de formation des océans de 90 millions d'années. Malheureusement, ce modèle est erroné : il y a beaucoup de pertes de sodium pour un tas de raisons et on sait maintenant que la salinité des océans n'a que très peu varié depuis 1 à 2 milliards d'années.

La distance Terre-Lune
La Lune, initialement issue de la Terre s'en écarte. En remontant le temps, on peut avoir une idée de la date de séparation, et partant de là une estimation d'un âge minimum de la Terre.
C'est l'astronome Georges Darwin* qui s'attaque au problème.
(* Le fils de Charles)
Il a obtenu 56 millions d'années, confortant l'évaluation de Kelvin.

Allez ! Une petite pause !

[Loug]

La distance Terre-Lune
La Lune, initialement issue de la Terre s'en écarte. En remontant le temps, on peut avoir une idée de la date de séparation, et partant de là une estimation d'un âge minimum de la Terre.
C'est l'astronome Georges Darwin* qui s'attaque au problème.
(* Le fils de Charles)
Il a obtenu 56 millions d'années, confortant l'évaluation de Kelvin.

Allez ! Une petite pause !

d0=0km ???

[Robert64]

La distance Terre-Lune
La Lune, initialement issue de la Terre s'en écarte. En remontant le temps, on peut avoir une idée de la date de séparation, et partant de là une estimation d'un âge minimum de la Terre.
C'est l'astronome Georges Darwin* qui s'attaque au problème.
(* Le fils de Charles)
Il a obtenu 56 millions d'années, confortant l'évaluation de Kelvin.

Allez ! Une petite pause !

d0=0km ???

En principe oui, puisque il y a eu collision. Par contre je ne sais pas ce qui a été pris comme conditions initiales de vitesses (collision élastique, avec déformation, etc...)
A+
Edit: le scénario retenu aujourd'hui, mais ça peut changer, est celui d'une collision de la jeune, 200 Ma (et encore très chaude) Terre avec une planète de la taille de Mars, ce qui a pulvérisé la planète en question et une partie de la Terre. Ensuite les débris se sont agrégés par accrétion gravitationnelle jusqu'à former la Lune, à une distance au moins supérieure à la limite de Roche.

[Boc21]

Merci pour ton anecdote Snatcher. Mais comment peux-tu être sur que la veuve fort admirée du roman est bien cette personne vivant près de Chamonix, dont tu as rencontré les descendants ?
Les indices relevés dans le roman sont bluffants à ce point là ?

Oui. Mais bon, je ne peux pas être sûr à 100% évidemment, mais il y a un faisceau d'indices concordants et le couple ne m'a pas contredit quand je lui ait montré ces indices.

Le nom de la jolie veuve et le village près de Chamonix sont donnés dans le roman de Mary Shelley.
Le propriétaire du chalet que je louais dans ce village a le même nom que la veuve du roman et sa femme m'avait dit que la famille de son mari était installée là depuis plusieurs générations.
Bon, je ne donne pas plus de précisions parce que les personnes qui connaissent ce couple de gens assez âgés et bien connus dans la région, vont finir par les identifier si elles lisent ces lignes, alors qu'ils m'ont donné l'impression de ne pas souhaiter que l'on divulgue leur éventuelle affiliation à une jolie veuve qui "plaisait à tout le monde" et qui fréquentait les Shelley et Lord Byron aux mœurs si dissolues...

... à moins que ce ne soit la référence au Dr Frankenstein qui ne leur semble pas tout à fait indiquée pour des loueurs de chalets perdus dans les sombres forêts de Haute-Savoie.

Tu as lu Frankenstein ou les délires de la raison, écrit par la psychanalyste Monette Vacquin ?
Elle y narre la vie des Shelley, Byron, l'élaboration de Frankenstein et surtout les tragédies successives qui suivent à la trace ces jeunes esprits créatifs.
Effrayant

[Boc21]

Merci à toi Robert...
J'ignorais TOUT de ces tentatives scientifiques pour dériver l'âge de la terre de prémices fatalement fausses
Sans connaitre les principes de la nucléosynthèse du soleil, même pas la dérive des continents et encore moins la tectonique des plaques, la finesse de la croute terrestre et la composition du manteau, ils n'avaient aucune chance de donner une approximation exacte même de loin
J'adore la tentative de Benoist de Maillet ainsi que ses triples précautions par rapport à l'église
Quelque part c'est lui qui donne l'approximation la plus exacte à partir de l'hypothèse (la terre sort graduellement des eaux) la plus délirante.

J'en profite pour ajouter à la liste des vulgarisateurs de talent ce prof de svt peu regardé...
Ses cours de SVT pour 1ière et terminales S vous seront précieux si vous n'êtes pas scientifique de formation
Remarquable pédagogie.

[Robert64]

La petite histoire de l'âge de la Terre. Suite de la suite
On s'y remet

La polémique Kelvin-Darwin

Certainement un des plus grands physiciens de son temps, Kelvin jouissait d'une autorité immense ; de plus, son évaluation de l'âge de la Terre semblait confirmée, comme nous l'avons vu par d'autres méthodes indépendantes. Ainsi les temps relativement courts des physiciens vont être finalement acceptés par la communauté scientifique dans la seconde moitié du XIXième siècle.

Mais Charles Darwin (1809 – 1882) n'y croyait pas.
Des couches géologiques dont tout e monde s'accorde à dire que la sédimentation a demandé à coup sûr plusieurs dizaines de millions d'années ne contiennent en général pas de variations significatives dans l'évolution des fossiles qu'elles emprisonnent.
Or, ces variations significatives doivent, suivant la théorie de l'évolution des espèces de Darwin, avoir eu lieu. La seule conclusion est alors d'affirmer que cette échelle de plusieurs dizaines de millions d'années est infime devant les temps nécessaires pour rendre compte de l'évolution réelle de la faune et de la flore. Darwin ne donnait pas de chiffres, mais pensait plutôt en milliards d'années.
Cet antagonisme entre Darwin et Kelvin fut abondamment utilisé par tous les adversaires de Darwin. Ce n'était pas tant les datations de Darwin qu'il s'agissait de miner (celles de Kelvin, bien plus courtes n'étaient pas non plus compatibles avec une lecture littérale de la Bible) que sa théorie de l'évolution considérée comme une abomination : elle faisait, disait-on, descendre l'homme du singe !

La radioactivité

L'horloge absolue
En 1902, Ernest Rutherford (1871 – 1937) et Frederick Soddy (1877 – 1956) établissent la notion de période d'un élément radioactif. Ils s'aperçoivent que le temps qu'il faut pour que l'activité d'un élément diminue de moitié est une constante qui ne dépend que du noyau étudié.C'est la période de l'élément.
On doit à Rutherford d'avoir exploité cette loi de décroissance pour la datation des roches. Il a d'abord utilisé la quantité d'hélium dégagée par la désintégration de l'uranium et obtenue une estimation de 497 millions d'années, valeur largement sous estimée car une grande partie de l'hélium s'était échappée de l'échantillon.
En 1905, Bertram Borden Boltwood comprit que la désintégration de l'uranium produit aussi du plomb, nettement moins volatil. En mesurant le rapport plomb/uranium, il obtient une fourchette comprise entre 410 millions et 2,2 milliards d'années. Estimation qui posa tout de suite problème : selon les calculs (faux) d'expansion de l'Univers d'Edwin Hubble, celui-ci ne pouvait pas être âgé de plus d'un milliard d'années.

Invalidation des hypothèses de Kelvin
La désintégration des minerais radioactifs contenus dans la Terre est une source de chaleur *, ce qui sera le premier coup de boutoir porté à la théorie de Kelvin.
(* : environ 24 TW, soit l'équivalent de 15 000 EPR)
On sait maintenant aussi que la puissance du soleil provient de la fusion thermonucléaire de l'hydrogène.
Mais on sait maintenant que la plus grosse erreur était l'hypothèse de la rigidité de la Terre. A l'échelle des temps géologiques, la Terre est plastique et des courants de convection se développent (de mémoire, 4cm/an), ce qui fait que l'équation de Fourier est en dehors de son domaine de validité.

4,55 milliards d'années
Finalement, les travaux de Clair Patterson (1922 – 1995) vont beaucoup affiner les résultats. Il comprend que les plus vieille roches accessibles, par définition situées à la surface de la Terre ne peuvent fournir que l'âge de la croûte terrestre consolidée. Or cette croûte se renouvelle en permanence à cause des phénomènes de subduction.
Plusieurs grandes structures appelées cratons existent toutefois à la surface de la Terre dont l'âge est de 3 milliards d'années : au Canada, en Afrique du Sud, en Australie...
Alors, où trouver des échantillons réellement primitifs ? Et primitifs par rapport à quoi ?
La réponse est que ces échantillons se trouvent dans les météorites.
En effet, le Soleil, la Terre et le système planétaire sont nés presque simultanément. Les modèles d'accrétion qui expliqueraient la formation de la Terre sont encore discutés mais donnent tous des durées de formation de l'ordre de quelques dizaines de millions d'années. De toutes façons, la définition de l'acte de naissance de la Terre garde aussi une imprécision de cet ordre.

Actuellement, la datation des météorites, et donc de la Terre, à la valeur de 4,55 milliards d'années s'estime généralement en utilisant plusieurs chaînes de désintégration : potassium/argon, thorium/plomb, uranium/plomb et rubidium/ strontium. A suivre....

[Boc21]

Oui la terre est une vraie pudique : dès qu'il s'agit de deviner son âge, en quelque sorte elle le cache sous le manteau où il va fondre par les mouvements de subduction.
Tandis qu'elle se refait une jeunesse en d'autres endroits
Tout ce qui dépasse autour de nous est par conséquence bien plus jeune que notre bonne vieille planète.
Deviner son âge en se basant sur l'étude, même rigoureuse de ce qui nous entoure en surface était effectivement impossible
Même en se basant sur les fossiles on a les plus vieux qui ont quoi...600 millions d'années ?
Bon on a bien les stromatolithes formés par les premières bactéries mais bon...ils sont un peu à part...

[Robert64]

La petite histoire de l'âge de la Terre. Suite et fin.

Un chiffre définitif ?

Après tant de variations, peut-on considérer l'âge de la Terre comme stabilisé ? Comme toute vérité scientifique, il pourrait être invalidé par la remise en cause des hypothèses faites, a savoir : les périodes des éléments radioactifs n'ont pas varié dans le temps et les modèles de formation du système solaire sont fiables en ce qui concerne les durées.
Manifestement, il s'agit d'hypothèses très fortes qui ne sont pas spécifiques à cette question.

Cette détermination de l'âge de la Terre est exemplaire du tournant opéré dans le monde savant. Pour Ussher ou Newton, la réponse se trouvait dans la Bible, source divine de vérité. Les données empiriques n'étaient pas extraites du terrain, mais du Livre saint. Aucune confrontation à des résultats expérimentaux n'était envisagée. Il s'agissait d'une démarche souvent savante et même très savante mais encore scolastique.
Même s'il a fait mine d'accepter le déluge biblique, Buffon a, l'un des premiers, rompu avec cette logique. Il a proposé des théories, des expériences correspondantes et des mesures.

Cet âge de 4,55milliards d'années n'est pas un simple nombre de plus dans la série des âges, qui ne concernerait que les astrophysiciens ou les géologues : seule, cette échelle de temps rend intelligible, sans besoin de « dessein intelligent » l'établissement de l'ordre du système solaire.

Il est banal d'observer qu'une partie du monde musulman voit se développer un fanatisme religieux, mais il l'est moins de faire cette même remarque dans le monde occidental où de plus en plus de jeunes sont tentés par une lecture littéraliste des textes sacrés (Torah, Bible ou Coran). Il n'y a qu'à voir l'entourage « intellectuel » de Trump et le poids croissant de l'Eglise orthodoxe dans la Russie de Poutine.

La tâche des enseignants n'est pas facile. L'argument d'autorité de la science ne fait souvent pas le poids par rapport à l'autorité religieuse, relayée éventuellement par celle de la famille. Par contre une description, disons objective et difficile à contester, de l'histoire de l'âge de la Terre peut être subversive. Tous les grands savants de la Renaissance (comme Newton ou Kepler) étaient, en termes modernes, créationnistes. Le déluge de la Bible ou du Coran a bien existé : les fossiles de poissons trouvés sur les montagnes l'attestaient. Et c'est de bonne foi, dans tous les sens du terme, qu'ils ont essayé de mettre des dates.
Et c'est ensuite, à son corps défendant que la communauté scientifique toute entière a dû renoncer à la datation sacrée.

Ref. :
Hubert Krivine, « Histoire de l'âge de la Terre », AFIS n°321
J.C. Allegre, G. Manhes, C. Gopel « The age of the earth » Geochim Cosmochim Acta, 1995, 59:1445-1456
P.W. Jackson, « The Chronologer's Quest », Cambridge 2006
H. Krivine, « La Terre, des mythes au savoir », Cassini 2011
P. Richet, L'âge du monde. A la découverte de l'immensité du temps. Seuil 1999
J. Treinier, Quel est l'âge de la Terre ? Le Pommier2011

Voilà
A+

[Robert64]

Histoire de jouer les pseudo vedettes:

Une nouvelle qui va changer notre vie de tous les jours:

On pense que l'électron est éternel. Une expérience réalisée dans le détecteur Borexino, en Italie, a tenté de le vérifier.
On a pu mesurer la limite basse de sa durée de vie: 66 milliards de milliards de milliards d'années.
Il y a des nouvelles comme ça qui rassurent!

ref: M. Agostini et al. (coll. Borexino) Phys. Rev. Lett., 115, 231802, 2015
A+

[beb]

Histoire de jouer les pseudo vedettes:

Une nouvelle qui va changer notre vie de tous les jours:

On pense que l'électron est éternel. Une expérience réalisée dans le détecteur Borexino, en Italie, a tenté de le vérifier.
On a pu mesurer la limite basse de sa durée de vie: 66 milliards de milliards de milliards d'années.
Il y a des nouvelles comme ça qui rassurent!

ref: M. Agostini et al. (coll. Borexino) Phys. Rev. Lett., 115, 231802, 2015
A+

La mortalité est liée au sens des câbles dans lesquels ils circulent ?

[adpcol]

Histoire de jouer les pseudo vedettes:

Une nouvelle qui va changer notre vie de tous les jours:

On pense que l'électron est éternel. Une expérience réalisée dans le détecteur Borexino, en Italie, a tenté de le vérifier.
On a pu mesurer la limite basse de sa durée de vie: 66 milliards de milliards de milliards d'années.
Il y a des nouvelles comme ça qui rassurent!

ref: M. Agostini et al. (coll. Borexino) Phys. Rev. Lett., 115, 231802, 2015
A+

Je voudrais pas dire mon gars,mais tu deviens lourdingue là...
Coming out tardif ou un peu pueril et infantile?
Ravi de ta signature sauf qu'a un moment faut savoir s'arrêter.
Phil

[Fafa]

J'imaginais pas qu'un électron pouvait mourir...
(de même qu'un proton).

[Robert64]

Histoire de jouer les pseudo vedettes:

Une nouvelle qui va changer notre vie de tous les jours:

On pense que l'électron est éternel. Une expérience réalisée dans le détecteur Borexino, en Italie, a tenté de le vérifier.
On a pu mesurer la limite basse de sa durée de vie: 66 milliards de milliards de milliards d'années.
Il y a des nouvelles comme ça qui rassurent!

ref: M. Agostini et al. (coll. Borexino) Phys. Rev. Lett., 115, 231802, 2015
A+

La mortalité est liée au sens des câbles dans lesquels ils circulent ?

Ouaip, les collisions avec ceux qui ont l'habitude d'aller dans l'autre sens, surtout dans les câbles rodés.
A+

[Robert64]

J'imaginais pas qu'un électron pouvait mourir...
(de même qu'un proton).

La question est posée depuis longtemps pour le proton et les gens discutent encore.
Là aussi, la limite basse est en milliards de milliards......d'années
Pour le neutron, c'est une quinzaine de minutes. (à l'état libre)
Pour l'électron, tout le monde pense que c'est infini.
Pourquoi se poser ce genre de question? : tout simplement parce que ça donne une limite à la durée de l'Univers, donc ça donne des indications pour le choix des modèles d'évolution.
Par exemple, si on trouvait aujourd'hui 13,77 milliards d'années, on pourrait s'inquiéter....
A+
Edit: m...de! ça a changé! Maintenant, c'est 13,81 !

[beb]

Question

Au bout de combien de temps peut-on considérer un électron comme rodé ?
Et si on le toutouille (pardon on le dynamise) sa durée de vie est-elle modifiée (et sa durée de rodage aussi) ?