|
L'âge de la Terre
PRÉSENTATION Au XVIIe siècle, la Terre avait l'âge donné par la Bible. Elle était « née » 4000 ans avant la naissance du Christ alors que la vieille dame est aujourd’hui âgée de 4,65 milliards d'années.Comment a-t-elle pu « prendre » près de cinq milliards d’années en moins de trois cents ans ? C’est une question dont la réponse concerne presque tous les domaines de l’activité intellectuelle : la religion, la paléontologie, à peu près toutes les branches de la physique (depuis la thermodynamique jusqu’à la physique nucléaire), voire même la psychologie et bien sûr l’histoire et la philosophie. Le but de ce Thém@doc consiste à retracer, en s'aidant des enseignements des diverses disciplines du secondaire, la gestation de l’âge de la Terre, de son âge biblique à celui estimé par les scientifiques. Cet exemple précis de l’âge de notre planète permet d’appréhender la nature des discussions, souvent âpres, à travers lesquelles les connaissances scientifiques actuelles, à la différence des vérités divines révélées, se sont constituées.
REPÈRES
La pré-science L’Antiquité Pour Aristote (384-322 av. J.-C.), la Terre, en perpétuel changement, a toujours existé. Ce penseur majeur de l’Antiquité grecque a laissé une œuvre considérable, allant de la logique formelle à la biologie. Sa physique divisait l’Univers en un monde « sublunaire » (du centre de la Terre jusqu’à la Lune) et un autre, « supralunaire » (au-delà de la Lune). Le premier était « corruptible », c’est-à-dire susceptible de changements et le second immuable et éternel.
Il subsistera très longtemps une rémanence de cette conception comme en témoigne l’impossibilité pour les Académiciens de reconnaître l’existence même des météorites venues d'au-delà de la Lune. Il aura fallu attendre 1803 et le rapport extrêmement élaboré du physicien français Jean-Baptiste Biot (1774-1862) sur la météorite de L’Aigle pour démontrer l’origine extraterrestre de ces « pierres tombées du ciel ». Le Moyen Âge La pensée d’Aristote sera réintroduite au XIIIe siècle en Occident chrétien par Averroès (philosophe musulman, 1126-1198) et Maïmonide (philosophe juif, 1135-1204).
Cependant, au Moyen Âge, l’âge de la Terre n’est pas une question essentielle : Jean Buridan, philosophe français réputé du XIVe siècle, écrivait : « Je suppose que le monde a perpétuellement existé, comme Aristote semblait l’entendre, bien que ce soit faux au gré de notre foi. » Cette décontraction donne une image du Moyen Âge beaucoup moins figée que ne l'ont malicieusement décrit les hommes de la Renaissance. C’est en effet au XVIe siècle que l’Église catholique se raidira, avec la contre-Réforme qui visait surtout à ne pas laisser aux protestants le monopole du retour à l’Écriture. La Renaissance La Renaissance ouvre de nouveaux horizons. Citons pêle-mêle la découverte de l’Amérique (1492), l’utilisation généralisée de l’arme à feu et de l’imprimerie qui permettront l’hégémonie de l’Occident chrétien. Intellectuellement, elle va remettre en cause certaines notions fondamentales en proposant par exemple l’héliocentrisme de l’astronome polonais Nicolas Copernic (1473-1543), ensuite défendu avec acharnement par l’illustre savant italien Galileo Galilei (1564-1642) qui délogera la Terre – et donc l’Homme – du centre du monde. Non seulement la position de la Terre va être discutée mais aussi son âge (voir les extraits de textes dans la partie « En pratique »).L’idée « naturelle » était, comme l’enseigne la Bible, que la Terre et la vie sont apparues ensemble (à trois jours près pour les plantes et six pour l’homme – et la femme). Le Livre saint étant alors considéré comme un livre d’histoire, c’est à cette aune que sont fixées les « datations absolues ». Ainsi, les plus grands esprits de cette époque opèrent des calculs savants qui tiennent compte des générations énumérées par la Bible, y ajoutant quelques considérations astronomiques et raccordant ces données à l’histoire écrite, voire aux légendes des Grecs. – Isaac Newton, physicien et mathématicien (1642-1727), arrive ainsi à la date de formation de la Terre de 3998 ans avant J.-C. – Johannes Kepler, astronome et physicien (1571-1630), trouve 3993 ans avant J.-C. – James Usher, archevêque anglican (1581-1656), annonce 4004 ans avant J.-C., précisant même le jour de naissance : le 23 octobre ! Cette dernière estimation restera près de trois cents ans dans les éditions de la « Bible anglaise autorisée ».
Les temps modernes Le XVIIIe siècle et les sciences expérimentales Petit à petit, la référence aux Écritures Saintes n’apparaît plus de mise. René Descartes, philosophe, mathématicien et physicien français (1596-1650), en particulier, considère que si Dieu a créé le monde, il faut appliquer les lois de la physique pour en comprendre l’évolution. Initialement même, il s’agissait de vérifier la véracité du Déluge, décrit par la Bible et attesté par les fossiles marins trouvés partout sur la Terre, y compris en montagne.Un précurseur de Buffon, Benoît de Maillet (1656-1738), consul de France en Égypte, partant de l’hypothèse que toute la Terre a émergé de la mer, extrapole les vitesses d’élévation des continents et aboutit à un âge de la planète de 2 milliards d’années. Notons qu'il prendra la précaution d’écrire clandestinement (sous l’anagramme de Telliamed), et ne sera par ailleurs publié que dix ans après sa mort, aux Pays-Bas.
Le naturaliste (mais aussi mathématicien et écrivain) Georges Louis Leclerc, comte de Buffon (1707-1788), peut être considéré comme le père de la datation scientifique. Son hypothèse est que notre planète est initialement une sphère chauffée au rouge (ce qui définit le temps de la naissance de la Terre) et qui se refroidit pour atteindre sa température actuelle. Ce temps de refroidissement permet alors d’estimer son âge. Des mesures de temps de refroidissement de sphères de rayons différents lui permettent d’extrapoler (hélas linéairement), au rayon de la Terre. Il trouvera, à partir de ces temps de refroidissement expérimentaux, un âge de 77 000 ans pour la Terre, ce qui est, même si cette valeur est infiniment sous-estimée, loin de l’âge officiel issu de la Bible. Sommé en 1751 par les députés et syndics de la Faculté de théologie de se rétracter pour ses « propositions contraires à la croyance de l'Église », il se justifie par la suite en écrivant qu’il « valait mieux être plat que pendu », déclaration qui fait écho au fameux « Eppur si muove » (« et pourtant, elle tourne »), attribué à Galilée, après son abjuration. Buffon fera également d’autres considérations sur le temps de sédimentation : il calcule la vitesse de sédimentation nécessaire pour former une strate (en millimètres par an), puis, par une règle de trois, aboutit à un âge de la Terre de quelques millions d’années (prudemment non publié). Halley, Newton Edmund Halley (1656-1743), astronome britannique (de la comète du même nom), va supposer que la salinité de la mer lui a été apportée par l’eau douce des rivières ! Il n'y a pourtant aucun paradoxe : l'eau réputée douce contient en fait un peu de sel, qui alimente continuellement les océans. Ces derniers, à leur tour, perdent en permanence de l'eau vraiment douce par évaporation : le bilan est clair, les océans se salent. Estimant les débits des rivières et leurs teneurs en sel, on peut tirer l'âge des océans de leur salinité. C'est bien sûr un modèle ultrasimplificateur, que l'on sait aujourd’hui faux puisqu’il y existe d’autres sources de gain et de perte de sodium dans l’océan. Mais ce modèle est typique d’une démarche scientifique. Halley ne donne pas d'âge, mais estime que cela prouverait que la Terre est infiniment plus vieille qu’on ne le pense. Cent ans plus tard, cette idée sera exploitée par le géologue irlandais John Joly (1857-1933) qui conclura à un âge de la Terre compris entre 25 et 200 millions d’années (voir le problème dans la partie « En pratique »).Donc, aux XVIIe et XVIIIe siècles vont coexister des âges de la Terre fournis par la Bible et par les sciences naturelles et expérimentales. Ainsi, Newton, bien que né après la mort de Galilée, apparaît, du point de vue de sa référence au texte de la Bible, davantage comme un homme du Moyen Âge que son prédécesseur (voir notamment les extraits de textes dans la partie « En pratique »). Le XIXe siècle Les géologues proposent une ancienneté de la Terre de l’ordre de quelques millions d’années qui est alors généralement admise mais deux écoles de pensée s’opposent concernant les mécanismes de l’évolution de notre planète.D’une part, les « catastrophistes » pour lesquels la Terre actuelle est le résultat de cataclysmes violents (éruptions volcaniques, chute de comètes, déluges, etc.) ; la pensée biblique n’est pas toujours très loin et le naturaliste français Georges Cuvier (1769-1832), qui va découvrir les disparitions massives et soudaines d’espèces, est un représentant fameux de cette première école.
D’autre part, les « uniformitaristes », ou « actualistes » dont le chef de file est l’écossais Charles Lyell (1797-1875) estiment que les agents naturels (volcanisme, érosion…) qui ont façonné la Terre jadis sont les mêmes à l’œuvre aujourd’hui. Ils opposent des changements graduels de la planète qui s’inscrivent, eux, sur de très longues périodes aux grandes forces des catastrophistes qui s’exercent de façon brutale, sur de courtes périodes. Le grand biologiste britannique Charles Darwin (1809-1882) va être séduit par Lyell. Lors d’observations géologiques, il étudie au sud de l’Angleterre la vallée du Weald creusée par la mer. En utilisant la vitesse d’érosion actuelle de la mer, il propose, par extrapolation, 300 millions d’années au moins pour obtenir cette formation (il est vrai qu'il fera son autocritique plus tard et révisera à la baisse cette estimation). Puis, Darwin va se rendre compte que l’évolution biologique dont il élabore la théorie nécessite beaucoup plus de temps, au moins un milliard d’années ! Sur l’opposition catastrophisme versus uniformitarisme L'âge réel de la Terre donnerait plutôt raison aux « uniformitaristes », mais l'état actuel de notre planète serait incompréhensible sans l'existence de « catastrophes ». La disparition soudaine des dinosaures il y a 65 millions d'années est un exemple très médiatique de ces « catastrophes ». La Terre avait cependant connu précédemment quatre extinctions massives et brutales de faune et de flore, au moins aussi catastrophiques que cette dernière (il y a 440, 365, 245 et 210 millions d’années).Le physicien Alvarez (1980) va être frappé par le fait qu'on a découvert partout sur Terre une teneur en iridium cent fois plus importante dans des couches sédimentaires également datées de 65 millions d'années. L'iridium est un métal très rare à la surface de la Terre, plus abondant dans les météorites. Alvarez propose le scénario de la chute d'une météorite d'environ 10 km de diamètre pour expliquer la disparition des dinosaures. Cette chute, dont l'énergie est de l'ordre de plusieurs milliers de bombes à hydrogène, va engendrer de gigantesques incendies, l'apparition de nuées de poussières qui vont obscurcir le soleil et donc un hiver appelé nucléaire, par analogie avec le résultat d’un bombardement. Les perturbations colossales engendrées dans le climat et donc dans toute la chaîne alimentaire vont favoriser les animaux à sang chaud, mieux adaptés. Le point d'impact a été ensuite identifié, c'est le cratère de Chicxulub dans le Golfe du Mexique. Cette thèse va assez généralement supplanter celle d'une autre catastrophe également concomitante : celle des éruptions volcaniques dans le plateau du Deccan (en Inde). La polémique sur l’origine des disparitions animales et végétales se poursuit néanmoins. C'est en tout cas un bon exemple d’interaction entre les sciences physiques et géologiques. Ces visions, catastrophiques ou uniformitaristes, ne sont pourtant pas si contradictoires : avec des temps de milliards d’années, même des évènements très rares (collision de météorites, éruption volcanique gigantesque) deviennent presque certains. La polémique Kelvin-Darwin Au milieu des débats du XIXe siècle relatifs aux datations, l’intervention remarquable de la physique, en la personne de l’Irlandais William Thomson (1824-1907), qui deviendra Lord Kelvin, un des plus grands physiciens de son temps, est déterminante.En s’appuyant sur la physique mathématique, il va proposer, d’abord en 1862, une fourchette d’estimation de 20 à 400 millions d’années pour l’âge de notre planète et de 20 et 40 millions d’années pour le Soleil. Comme on sait que la Terre est plus jeune que le Soleil, il se basera sur les dernières valeurs estimées pour le Soleil pour diminuer d’autant l’âge de la planète. Pour obtenir cette estimation, Kelvin reprend pour la Terre les hypothèses de Buffon selon lequel la Terre, à l'origine, se présente sous la forme d’une sphère solide, chaude et homogène (à 3000° C), qui se refroidit par conduction. À la différence de Buffon qui extrapolait des mesures expérimentales, Kelvin utilise une équation bien connue et solidement établie de la physique mathématique : l'équation de la chaleur du physicien français Joseph Fourier (1768-1830). La température croît à mesure qu’on s'enfonce sous Terre ; on dit qu'il y a un gradient de température qui vaut en moyenne 3° C par centaine de mètres. L’équation de Fourier permet de relier la valeur de ce gradient au temps de refroidissement identifié à l’âge de la Terre (voir la partie « En pratique »). Compte tenu des incertitudes sur les hypothèses, Kelvin en tire sa première fourchette d’estimation d’âge du globe. Pour le Soleil, Kelvin sait que son énergie ne peut être chimique : par exemple, du charbon qui brûlerait ne donnerait que quelques milliers d'années d'existence. Il n'imagine alors qu'une source possible d’énergie : l'effondrement gravitationnel ; sous l'effet de son propre poids, le Soleil voit son rayon diminuer et l'énergie potentielle perdue se transformer en chaleur. L’antagonisme entre Darwin et Kelvin à propos de l’évaluation de l’âge de la Terre va être abondamment utilisé par tous les adversaires de Darwin qui considéraient sa théorie de l’évolution comme une abomination scientifique et morale : comment l’homme, qui a une âme, peut-il descendre du singe qui n’en a pas ?
La dispute est donc violente. Kelvin soupçonne les géologues et autres biologistes de ne pas accepter l’universalité des lois de la physique, et Darwin reste persuadé que quelque chose échappe aux physiciens. En effet, l’âge proposé par Kelvin est très sous-estimé, d’abord parce qu’il ne tient pas compte de la radioactivité (non encore connue à l’époque) émise par la planète elle-même, mais aussi, parce que, dans son modèle de refroidissement, il ne tient compte que de la conduction et non de la convection, qui est pourtant connue mais le manteau terrestre, constitué de roches (des silicates), ne peut être imaginé que rigide. Or, cela est vrai pour des périodes courtes mais pas pour de longues périodes (millions d’années). Donc les silicates fluent, le manteau, siège de grands mouvements de convections, est visqueux à l’échelle des temps géologiques. Mais l’autorité de Kelvin est telle que l’âge qu’il propose pour notre planète est finalement accepté par l’immense majorité des scientifiques, plutôt partisans jusque-là de l’actualisme (ou uniformitarisme). Son idée est qu’une Terre chaude procure des réactions chimiques et des processus physiques beaucoup plus rapides et donc permet une évolution plus concentrée que celle tirée d’une simple extrapolation dans le passé des conditions actuelles. Mais ces temps sont trop brefs pour expliquer le développement, l’évolution de la vie qui nécessite une durée au moins de l’ordre du milliard d’années pour Darwin. Ce dernier étant ainsi désavoué, les partisans de l'intervention divine exultent ! Le XXe siècle Comme très souvent, en science, la bonne réponse à une question vient tout à fait d’ailleurs ; par exemple, ce n'est pas en cherchant à perfectionner la bougie qu'on aura trouvé la lampe à incandescence, puis les néons, et finalement le laser.La découverte de la radioactivité Henri Becquerel, physicien français (1852-1908), découvre un rayonnement mystérieux (1896) dans des sels d’uranium non exposés à la lumière du Soleil. Les travaux des physiciens français Pierre Curie (1859-1906) et néo-zélandais Ernest Rutherford (1871-1937) vont rendre évident le fait que cette désintégration radioactive est très exothermique et chauffe donc la Terre qui contient de grandes quantités d'uranium. C’est un peu l'analogue de la fission nucléaire, processus qui sera utilisé dans la bombe A ou les centrales nucléaires quand de l'uranium se casse en noyaux plus légers.La Terre n’est donc pas cette boule qui se refroidit passivement ; elle contient des sources de chaleur, ce qui invalide les hypothèses de Kelvin. Et qu’en est-il des hypothèses sur le Soleil ? Il n’est pas chauffé par effondrement gravitationnel, mais également par réaction nucléaire. Cette fois-ci, il s’agit des réactions de fusion, qui sont utilisées dans les bombes H et le seront peut-être dans le centre expérimental d’ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Dans ces réactions, des noyaux d’hydrogène fusionnent pour faire de l’hélium. La durée de vie totale du Soleil se chiffre alors en milliards d’années. Il faut rappeler enfin que Kelvin, pour pouvoir appliquer l'équation de la chaleur de Fourier, avait supposé la Terre rigide et homogène, ce qui est faux et a également invalidé ses calculs. De plus, miracle ! la désintégration radioactive va fournir également une méthode de datation absolue des roches. Quel est le principe de la méthode ? Si l’on étudie par exemple les éléments plomb et uranium, on suppose que tout le plomb sur la Terre vient de la désintégration de l’uranium primitif. On connaît le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux d’uranium d’un échantillon soit transformée en plomb : c’est « la période » de cet élément. Le rapport quantité d’uranium sur quantité de plomb actuel permet de connaître, après un calcul, le temps pendant lequel la désintégration a eu lieu. C’est une borne inférieure de l’âge de la Terre. (Voir dans la partie « En pratique » un calcul plus réaliste.)
Une véritable révolution Il aura donc fallu des siècles ponctués de violentes querelles sur le plan idéologique et ardentes sur le plan scientifique pour aboutir aux quasi-certitudes d’aujourd’hui.Trois grands points peuvent être dégagés de cette longue gestation de l’âge de la Terre. – Le rapport aux Écritures : jusqu’à la Renaissance, la conception était que toute la vérité sur la Terre (l’âge, mais aussi la position) était contenue dans la Bible, la géologie naissante se devait de justifier les Écritures Saintes. Ce sera ensuite la Genèse de la Bible qui devra se justifier face à la science. Maintenant, à part pour quelques créationnistes, il est communément admis que la Bible n’est pas source de connaissance scientifique. – La démarche scientifique : c’est Kelvin qui aura poussé le raisonnement le plus loin et le mieux, ce qui ne l’aura pas évidemment empêché de se tromper. Comme il ne s’appuyait pas sur des vérités révélées mais sur des hypothèses vérifiables (qu’il pensait à tort vérifiées), la contestation et donc le progrès étaient possibles. Il faut noter que les temps courts qu’il défendait contredisaient passablement les résultats des géologues et beaucoup la théorie de Darwin sur l’évolution. Donc, même à son apogée on ne pouvait considérer la controverse sur la théorie de Kelvin close. – La vérité scientifique, valeur instable ? Newton était certain de ses résultats, Kelvin également. N’est-il pas naïf d’affirmer alors comme « la vérité » les 4,65 milliards d’années proposés actuellement comme âge de notre planète ? Évidemment, cet âge pourrait bouger un peu et l’incertitude sur la datation de la Terre donne une marge de plusieurs millions d’années. Cependant, toutes les démarches (astronomiques, géologiques, physiques, biologiques) concordent et l’on ne reviendra jamais sur le passage aux milliards d’années imposé par la radioactivité. Bien sûr, certaines hypothèses pourraient se révéler fausses comme la supposée constance de la période des éléments radioactifs ; si elle avait varié dans le temps, l’âge de la Terre s’en trouverait modifié. Comme aucune expérience jusqu’à présent ne va dans ce sens, on peut conclure que ces variations, si elles devaient être mises en évidence, seraient faibles et donc de peu d’incidence. EN PRATIQUE
Physique
Salinité (4e) - prof
L’âge de la Terre déduit de la salinité des océans : calcul de John Joly, géologue irlandais (1857-1933) Niveau 4e
Fiche professeur Ces exercices peuvent être proposés à des élèves du cycle central du collège. Ils permettent de revenir sur une partie du programme de physique-chimie étudié en classe de 5e : « L’eau dans notre environnement, les changements d’état de l’eau, approche phénoménologique et cycle de l’eau. On peut aussi réinvestir la notion d’eau solvant de certains solides ». Ces notions sont à rapprocher des connaissances également abordées en géographie et en SVT. Le deuxième exercice permet un travail en mathématique sur la notation scientifique, l’ordre de grandeur d’un résultat et les puissances de 10. L’origine du sel des océans – Le paradoxe de l'eau douce qui sale l'océan peut s’expliquer ainsi : du sel (même très peu) arrive en permanence dans les océans par l'eau des rivières alors que de l'eau douce s'échappe des océans par évaporation, laissant de l’eau de plus en plus salée. Cet exercice permet de rappeler que lorsque de l’eau salée est soumise au soleil, c’est de l’eau complètement douce qui s’évapore (c’est le principe des marais salants).– Les lacs de montagne ne sont pas salés car l'eau de ruissellement qui arrive n'a pas le temps de s'évaporer ; elle part dans l’émissaire, ce qui vide le trop-plein. Le lac a alors une salinité équivalente aux eaux des rivières considérées comme douces. Par contre, si le lac perd son débouché en eau courante, l’évaporation agit et il se sale : c’est le cas de la mer Morte (Israël) ou du Grand Lac Salé (États-Unis, Utah). L’âge de la Terre Si l’on suppose l'océan initialement composé d'eau totalement douce, on peut écrire que :Masse de sodium dans l'océan actuel = âge de l'océan multiplié par le taux annuel d'apport de sodium. On en déduit le temps de formation des océans actuels, soit l’âge minimal de la Terre : Age de l’océan = masse de sodium dans l’océan actuel divisé par le taux annuel d'apport de sodium. 1,44.1016/1,57.108 = 0,92.108 ans = 92.106 ans
soit 92 millions d’années pour l’âge des océans La Terre est évidemment plus vieille. Son âge est estimé à environ 4,6 milliards d’années ou 4600 millions d’années par des mesures de radioactivité. La méthode de John Joly est simple, elle suppose seulement la donnée de deux grandeurs qu'on peut estimer au moins grossièrement. Mais elle suppose un mécanisme que l’on sait maintenant erroné car ultra simplifié, d'apport sans perte simultanée de sodium par les océans. La salinité actuelle de nos océans serait le résultat d’un équilibre entre apports et départs de sel.
Salinité (4e) - élève
L’âge de la Terre déduit de la salinité des océans : calcul de John Joly, géologue irlandais (1857-1933) Niveau 4e
Fiche élève
L’origine du sel des océans John Joly supposait que, lors de leur formation, les océans étaient initialement composés d’eau non salée et que, petit à petit, l’eau des rivières avait apporté le sel. Pour ce géologue, la salinité actuelle de nos océans traduit le temps écoulé depuis leur formation.1. Pouvez-vous, en utilisant vos connaissances sur le cycle de l’eau, expliquer ce paradoxe que l’eau douce des rivières sale les océans ? Il faut savoir aussi que l’eau « douce » des rivières contient toujours un peu de sels issus du « lessivage » des terrains continentaux traversés. 2. Les lacs de montagne ne sont pas salés. Proposez une hypothèse pour expliquer ce constat. L’âge de la Terre Le sel ordinaire que l’on trouve dans les océans et que l’on utilise aussi tous les jours pour saler nos aliments est appelé en chimie chlorure de sodium.John Joly a évalué à 1,44.1016 tonnes la quantité de sodium contenue dans les océans et à 1,57.108 tonnes la quantité de sodium apportée annuellement par les rivières. 1. Calculez un âge minimal de la Terre si l’on fait l’hypothèse de John Joly que tout le sodium des océans provient des rivières. 2. La valeur trouvée est-elle loin de l’âge réel ? Proposez des hypothèses pour expliquer cette différence. Salinité (2e) - prof
L’âge de la Terre déduit de la salinité des océans : calcul de John Joly, géologue irlandais (1857-1933) Niveau seconde
Fiche professeur Ces exercices peuvent être proposés à des élèves de seconde. Le premier exercice sur l’origine du sel des océans réinvestit les notions de physique du cycle central du collège sur le cycle de l’eau. Dans le programme de seconde, il permet, en SVT, pour la partie « La planète Terre et son environnement global », de montrer les échanges existant entre les enveloppes externes de notre planète (atmosphère, hydrosphère, lithosphère). En physique, l’exercice sur l’âge de la Terre peut venir compléter une « recherche de documents liés à l’histoire des sciences avec une illustration expérimentale sur la mesure du temps ». En chimie, dans la partie de programme intitulée : « De l’échelle microscopique à l’échelle macroscopique : la mole » l’exercice permet de retravailler les notions de masse molaire atomique : M (g.mol-1), masse molaire moléculaire, concentration molaire des espèces moléculaires en solution, notions de solvant, soluté, solution aqueuse, dissolution d’une espèce moléculaire, calcul d’une masse molaire moléculaire à partir des masses molaires atomiques. Cet exercice utilise des compétences mathématiques telles les puissances de 10. L’origine du sel des océans 1. Le paradoxe de l'eau douce qui sale l'océan peut s’expliquer : du sel (même très peu) arrive en permanence dans les océans par l'eau des rivières alors que de l'eau douce s'échappe des océans par évaporation, laissant de l’eau de plus en plus salée. Cet exercice permet de rappeler que lorsque de l’eau salée est soumise au soleil, c’est de l’eau complètement douce qui s’évapore (c’est le principe des marais salants).2. Les lacs de montagne ne sont pas salés car l'eau de ruissellement qui arrive n'a pas le temps de s'évaporer : elle part dans l’émissaire, ce qui vide le trop-plein. Le lac a alors une salinité équivalente aux eaux des rivières considérées comme douces. En revanche, si le lac perd son débouché en eau courante, l’évaporation agit et il se sale : c’est le cas de la mer Morte (Israël) ou du Grand Lac Salé (États-Unis, Utah). L’âge de la Terre 1. La masse molaire moléculaire du NaCl est de 23 + 35,5 = 58,5 grammes.Il y a alors 23/58,5 = 40 % de sodium dans chaque mole de molécule. L'océan contient donc : 40 % de 3,60.1016 = 1,44.1016 tonnes de sodium. Si l’on suppose l'océan initialement composé d'eau totalement douce, on peut écrire que : Masse de sodium dans l'océan actuel = âge de l'océan multiplié par le taux annuel d'apport de sodium. On en déduit le temps de formation des océans actuels soit l’âge minimal de la Terre : Âge de l’océan = masse de sodium dans l’océan actuel divisé par le taux annuel d'apport de sodium. 1,44.1016/1,57.108 = 0,92.108 ans = 92.106 ans
soit 92 millions d’années pour l’âge des océans. 2. La Terre est évidemment plus vieille. Son âge est estimé à environ 4,6 milliards d’années ou 4600 millions d’années par des mesures de radioactivité. La méthode de John Joly est simple, elle suppose seulement la donnée de deux grandeurs qu'on peut estimer au moins grossièrement. Mais elle suppose un mécanisme que l’on sait maintenant erroné, car ultra-simplifié, d'apport sans perte simultanée de sodium par les océans. La salinité actuelle de nos océans serait le résultat d’un équilibre entre apports et départs de sel.
Salinité (2e) - élève
L’âge de la Terre déduit de la salinité des océans : calcul de John Joly, géologue irlandais (1857-1933) Niveau seconde
Fiche élève
L’origine du sel des océans John Joly supposait que, lors de leur formation, les océans étaient initialement composés d’eau non salée et que, petit à petit, l’eau des rivières avait apporté le sel. Pour ce géologue, la salinité actuelle de nos océans traduit le temps écoulé depuis leur formation.– Pouvez-vous, en utilisant vos connaissances sur le cycle de l’eau, expliquer ce paradoxe que l’eau douce des rivières sale les océans ? Il faut savoir aussi que l’eau « douce » des rivières contient toujours un peu de sels issus du « lessivage » des terrains continentaux traversés. – Les lacs de montagne ne sont pas salés. Proposez une hypothèse pour expliquer ce constat. L’âge de la Terre Le sel ordinaire que l’on trouve dans les océans et que l’on utilise aussi tous les jours pour saler nos aliments est appelé en chimie « chlorure de sodium ».John Joly a évalué à 3,60.1016 tonnes la quantité de chlorure de sodium contenue dans les océans et à 1,57.108 tonnes la quantité de sodium apportée annuellement par les rivières. 1. Calculez un âge minimum de la Terre si l’on fait l’hypothèse de John Joly que tout le sodium des océans provient des rivières. On prendra comme valeur de masse molaire atomique pour le chlore 35,5 et pour le sodium 23. 2. La valeur trouvée est-elle loin de l’âge réel ? Proposez des hypothèses pour expliquer cette différence. Radioéléments - prof
Des méthodes de datation avec radioéléments Niveau terminale S
Fiche professeur L’utilisation des radioéléments pour la datation intervient dans le programme de physique-chimie de terminale S dans la partie appelée « Transformations nucléaires » : « Le thème de la radioactivité est l’occasion d’opérer une convergence thématique avec les mathématiques (exponentielle, probabilité, statistiques et équation différentielle) et les sciences de la vie et de la Terre (datation). Une concertation entre les professeurs des trois disciplines scientifiques est encouragée. […] « Concernant l’application à la datation, une concertation avec le professeur de sciences de la vie et de la Terre est encouragée. La datation par la méthode du carbone 14 est simple, car elle repose sur l’hypothèse selon laquelle le rapport 14C/12C dans l’atmosphère est en première approximation indépendant du temps. La radio-chronologie utilisant des noyaux à longue durée de vie (par exemple rubidium-strontium pour déterminer l’âge de la Terre), qui nécessite l’élaboration d’une méthode permettant de s’affranchir de la connaissance de la composition isotopique initiale de la roche, est envisageable plutôt dans le cours de sciences de la Terre. On réalisera les datations par méthode graphique et par le calcul. Les deux méthodes seront exigibles en fin d’année. » (Programmes Physique-chimie, terminale, série scientifique, CNDP, 2004, p. 26). Rappel sur la radioactivité Les noyaux radioactifs se désintègrent spontanément en émettant des particules (α, β). Une propriété remarquable de ce phénomène est la stabilité absolue de ces émissions. Leur probabilité par unité de temps est en effet totalement indépendante des conditions physico-chimiques (température, pression, pH, etc.) et elle n’a pas varié depuis la formation des noyaux par nucléosynthèse.Si λ est la probabilité de désintégration par unité de temps, N(t) leur nombre à l’instant t et dN le nombre de noyaux se désintégrant dans un intervalle de temps dt, il est raisonnable d’écrire que dN est proportionnel à N et à dt, soit dN = –λNdt L’objectif de l’exercice 1, « Période d’un élément » est d’intégrer cette équation et de montrer que même un petit échantillon de noyau à période très longue (en milliards d’années) produit assez de désintégrations pour être détectées. Propositions de réponses pour l’exercice 1 : période d’un élément a. Par définition la probabilité de désintégration de 1 noyau dans un intervalle de temps dt est p = λdt (et q = 1-λdt qu’il ne se désintègre pas). Si les processus de désintégration des noyaux sont indépendants, on est dans les conditions d’application de la loi binomiale et donc le nombre moyen de noyaux qui se désintègre en N essais est Np, soit λNdt. Le signe - vient du fait que N(t) doit décroître. Comme dN/dt est proportionnel à N, on sait que la solution est une exponentielle (voir le cours de mathématiques). Soit : b. Il faut résoudre  , soit  .Après simplification, il reste  , ou encore  . Il est remarquable que ni N(0) ni t n’intervienne.c. Comme 0.24 g d’uranium correspond sensiblement à 1/1000 de mole, l’échantillon contient 6.1020 atomes. Comme dt = 1 an, on aura  ,ce qui correspond à une période de  , soit de 4,4 milliards d’années.Deux exemples de datation avec des radioéléments La radioactivité peut être utilisée comme une horloge pour dater des échantillons de matière. Pour que cette méthode soit applicable et fiable, il faut que les conditions suivantes soient remplies :– des noyaux radioactifs d’une période comparable à l’âge de l’échantillon doivent être présents dans celui-ci, ainsi que des isotopes stables et non radiogéniques (c’est-à-dire qui ne résultent pas d’un processus de désintégration). En fait, les mesures les plus précises se font par spectroscopie de masse, méthode qui ne fournit que des rapports d’abondance ; – l’échantillon doit être, depuis un instant qu’on considérera comme l’instant initial (t = 0), un système fermé, c'est-à-dire sans apport ni perte de matière contenant les noyaux qu’on va utiliser. Cette condition est remplie dans le cas d’une roche depuis le moment de sa cristallisation (arrêt de la migration ionique) ou depuis la mort d’un être vivant (arrêt du métabolisme). Nous allons décrire deux méthodes parmi les plus simples conceptuellement (ce qui n’implique pas forcément plus faciles à mettre en œuvre). Méthode I appliquée à la datation par le carbone 14 Les conditions suivantes sont remplies :1) Le noyaux X est radioactif et son isotope X’ est stable et non radiogénique. 2) Le rapport de leurs abondances à l’instant initial (au moment ou le système se ferme)  est connu. Nous avons, dans ce cas (voir l’exercice 1) : Cette méthode peut s’appliquer aux isotopes du carbone, le 14C, radioactif de période de 5730 ans, et le 12C (stable et non radiogénique). Le 14C est produit dans les hautes couches de l’atmosphère terrestre par bombardement de l’azote par les rayons cosmiques. L’intensité de ce rayonnement n’ayant pas varié sensiblement au cours des dernières dizaines de milliers d’années, on en déduit qu’un équilibre s’est établi entre la production de 14C par le rayonnement et sa disparition par désintégration en 14N. Sous l’action de la pluie et des vents, le 14C se répartit à peu près uniformément sur toute la biosphère et le rapport 14C /12C dans celle-ci s’est maintenu sensiblement constant au cours des derniers millénaires. Ce rapport est d’environ 1,3.10-12. Les êtres vivants absorbent le carbone exactement dans la proportion isotopique qu’il a dans la biosphère (pas de sélection chimique entre isotopes). À partir de l’instant de leur mort, le système se « ferme » : il n’y a plus d’apport de carbone extérieur et le rapport 14C /12C commence à décroître. L’exercice 2 (datation au carbone 14) teste d’abord cette méthode sur un échantillon ancien dont l’âge est connu par ailleurs. Il examine ensuite la controverse au sujet du suaire de Turin. Propositions de réponses pour l’exercice 2 : datation au carbone 14 I. a. Les 12 mg de carbone correspondent à 1/1000 de 6,02.1023 soit 6,02.1020 atomes déjà présents sur la chape du Moyen Âge. Soit N(0) le nombre d’atomes de 14C qu’elle contenait.N(0) = 6,02.1020 x 1,3.10-12 = 7,826.108. Or, dN = –λN(t)dt = –λN(0)e-λtdt (a) avec  pour T = 5730 ans. Exprimée en jours, l’équation (a) peut s’inverser ainsi : En prenant dN = 236,87  0,60, on obtient 750 21 ans. La mesure étant faite en 2007, ceci correspond à une date de 1257 21 après J.-C.b. Cette datation est précise. Le décalage d’une trentaine d’année peut être imputé au temps qui sépare la cueillette du lin et le tissage de la chape. II. Le nombre actuel N14(t) d’atomes de 14C provient des P14 atomes du polluant (récent, donc on peut en négliger la décroissance) et des L14(0) atomes du suaire, qui décroît depuis un temps supposé t2 = 2000 ans.  (1)où  an–1 si l’on prend une période de T = 5730 années.Pour le 12C, qui est stable et non radiogénique, on a simplement N12 = P12 + L12 On connaît par ailleurs le rapport (approximativement stable) des deux isotopes dans toute la biosphère P14 / P12 = L14(0)/L12 = c On veut calculer le rapport R = P12 / L12 nécessaire pour qu’un échantillon de 2000 ans d’âge apparaisse comme en ayant 700. Nous avons :  qui exprime l’âge apparent de t1 sans pollution et  ,qui est une réécriture de l’équation (1) Égalisant ces deux expressions, on arrive à :  Avec t1 = 700 et t2 = 2000, il faut un taux de contamination de R = 1,65, c'est-à-dire que pour trois atomes de carbone de l’échantillon il devrait y en avoir plus de deux du polluant pour que la mesure soit faussée dans les proportions soutenues par les tenants de l’âge traditionnel. Méthode II appliquée à la datation par le rubidium/strontium Les conditions suivantes sont remplies :1) Le noyau X est radioactif et se désintègre en un noyau Y avec un taux λ. 2) Y est stable. 3) Y’ est un isotope de Y, stable et non radiogénique. 4) Le rapport NY(t)/NY’(t) est inconnu. Nous avons, NX(t) = NX(0)e-λt
Propositions de réponses pour l’exercice 3 : âge de la Terre a. Le nombre de noyaux Y à l’instant t égale leur nombre initial NY(0) plus ceux qui ont été formés, ces derniers égalant le nombre de X désintégrés. On peut donc écrire que :NY(t) = NY(0) + NX(0)(1 – e-λt) = NY(0) + NX(t)(eλt – 1) Ou encore :  puisque NY’(t) = NY’(0). b. Dans le plan d’axes {NX(t)/NY’(t), NY(t)/NY’(t)}, c’est l’équation d’une droite de pente eλt – 1. Si, dans un échantillon, on dispose de plusieurs couples de coordonnées, par exemple des cristaux avec des inclusions de X/Y’ et Y/Y’ dans des rapports différents, il est alors possible de déterminer la date de « fermeture » de la roche. Cette méthode s’appelle la méthode isochrone. Bien d’autres méthodes existent, certaines faisant intervenir des cascades de désintégrations. L’exercice 3 (âge de la Terre) est une application de la méthode isochrone à la datation de la météorite d’Allende, qui est tombée au nord du Mexique en 1969. c. Les isotopes utilisés sont le 87Rb, le 87Sr et le 86Sr, qui jouent respectivement le rôle de X, Y et Y’. La probabilité de désintégration du 87Rb est de λ = 1,42.10-11 ans-1. Sur la figure jointe sont représentés quelques-uns des rapports isotopiques mesurés par Gray et collaborateurs [C.M. Gray et al. Icarus, 20, 4330454] sur différentes parties de la météorite. Ajustant visuellement une ligne droite, on trouve une pente d’environ 0,064, ce qui correspond à un âge de 4,4.109 ans pour cette météorite. Cette valeur est en bon accord avec les estimations actuelles de l’âge de système solaire.
On pourrait penser que le point le plus à droite joue un rôle déterminant. Il n’en est rien : un calcul de la meilleure droite  avec ou sans lui donne le même âge de 4,39.109 années. On peut donc croire aux 3 chiffres significatifs.d. L'âge du système solaire (et de la Terre) est celui des plus vieux matériaux trouvés (météorites), c'est-à-dire de 4,65 milliards d'années. La météorite Allende est donc plus jeune ou, pour être plus précis, sa fermeture a eu lieu 290 millions d'années après la formation de ce système. La bonne linéarité de courbe y = f(x) indique qu'elle n'a pas subi de réouverture. Sur Terre, on ne trouve pas de roches aussi anciennes à cause du brassage des matériaux de l'écorce terrestre (altération, tectonique des plaques...) qui ont provoqué des « réouvertures » des échantillons. Ce n'est pas apparent, mais à l’échelle des temps géologiques, la Terre flue : des matériaux migrent de la surface vers le noyau où les fortes températures et pressions les rouvrent. Radioélém. - élève
Des méthodes de datation avec radioéléments Niveau terminale S
Fiche élève Cette séance d’exercices permet de connaître quelques ordres de grandeurs concernant la radioactivité naturelle (roches) et de comprendre qu’elle peut être utilisée pour la datation à des échelles de temps géologiques ou historiques. Exercice 1– Période d’un élément Si λ est la probabilité de désintégration par unité de temps d’un noyau radioactif, N(t) le nombre de ces noyaux à l’instant t et dN le nombre de noyaux se désintégrant dans un intervalle de temps dt, justifier qu’on puisse écrire que :dN = –λNdt a. En partant de N(0) noyaux et en intégrant l’équation précédente, calculer le nombre de noyaux N(t) qui reste au bout d’un temps t. b. Exprimer en fonction de λ le temps qu’il faut pour que le nombre de noyaux initiaux N(0) soit réduit de moitié. Ce temps s’appelle la « période », notée T, de l’élément. c. On constate qu’un échantillon de 0,24 g d’uranium 238 se désintègre en moyenne 3000 fois par seconde. Calculer la période T correspondante. (Rappel : Le nombre d’Avogadro vaut sensiblement 6,1023.) Exercice 2 – Datation au carbone-14 1. Un échantillon de 12,0 mg de carbone provenant des fils de lin prélevés sur la chape de Saint-Louis d’Anjou produit actuellement (en 2007) en moyenne 236,87±0,60 désintégrations par jour.Données : 14C / 12C dans la biosphère : 1,3.10-12, période de 14C : 5730 ans, nombre d’Avogadro : 6,02.1023. a. Déterminer l’âge de cette chape. L’âge de cette chape est connu par ailleurs avec grande précision (grâce au style des médaillons tissés dessus). Elle a été tissée entre 1280 et 1290. b. Comparer et commenter les âges proposés et vos résultats. 2. Le suaire de Turin est un linceul, qui, selon une certaine tradition, daterait du début de l’ère chrétienne. Des datations récentes au 14C, effectuées avec des protocoles très stricts, lui attribuent un âge d’environ sept siècles (entre 1260 et 1390 après J.-C.). Des tenants de l’âge de la tradition évoquent la possibilité d’une contamination de l’échantillon par des apports récents de carbone (bactéries, champignons…). Calculer le taux de contamination récent qui est nécessaire pour qu’un échantillon qui aurait 2000 ans d’âge apparaisse comme en ayant 700. Exercice 3 – Âge de la Terre Nous allons déterminer l’âge du système solaire, qui est à peu près celui de la Terre, à l’aide de la méthode dite « isochrone ». Pour utiliser cette méthode, il faut disposer d’un échantillon de matière qui contienne :– des noyaux radioactifs de X qui se désintègrent en noyaux Y avec une probabilité par unité de temps λ. Le noyau Y doit être stable ; – des noyaux Y’ qui sont des isotopes de Y. Ces noyaux Y’ doivent être stables et ne pas résulter de la désintégration d’un autre noyau (on dit qu’ils ne sont pas « radiogéniques »). a. Soit NA(t) le nombre de noyaux de type A présents à l’instant t, avec A = X, Y ou Y’. Montrer que l’on peut écrire :  b. On remarquera que dans le plan d’axes {NX(t)/NY’(t), NY(t)/NY’(t)} c’est l’équation d’une droite de pente eλt-1. Si l’on dispose de ces couples de rapports, prélevés à différents endroits d’une même roche, montrer comment il est possible de déterminer son âge t. c. La météorite « Allende » est tombée au nord du Mexique en 1969. Elle contient des inclusions sous forme de petites sphères (appelés chondrites) dans lesquelles on décèle des traces de 87Rb, 87Sr et de 86Sr. Le 87Rb se désintègre en 87Sr, avec taux de désintégration λ = 1,42.10-11 ans-1. Le 87Sr est stable et le 86Sr est stable et non radiogénique. Le tableau ci-dessous donne quelques valeurs des rapports d’abondance entre ces isotopes mesurés dans différentes parties de la météorite.
Déterminer le meilleur ajustement de ces points par une droite (à l’œil, en traçant sur papier millimétré ou utiliser une méthode de « moindres carrés »). Déduire l’âge de la météorite et faire une estimation de l’incertitude, en éliminant par exemple le point le plus à droite des abscisses. d. Cette estimation est-elle une borne supérieure ou inférieure de l’âge du système solaire ? Proposer une hypothèse au fait que l’on ne trouve pas sur Terre des roches aussi anciennes. Mathématiques
Fiche professeur
Kelvin, l'équation de Fourier et l'âge de la Terre Niveau classes préparatoires
Fiche professeur
Objectif Cet exercice invite à réfléchir sur le fait qu’une équation différentielle aux dérivées partielles dépend de fonctions arbitraires, qu’il faut donc préciser conditions aux limites et condition initiale. Il montrera aussi, à partir d’un exemple simple, l’importance de l’ordre des passages à la limite.Propositions de réponses 1. On voit que ∀ t # 0, on a T(0,t) = 0. Plus précisément, en utilisant la valeur de l’intégrale gaussienne, on obtient quelimx→0 limt→0 T(x,t) = T0 tandis que limt→0 limx→0 T(x,t) = 0 Attention, les limites ne commutent pas ! On a donc bien vérifié conditions aux limites et condition initiale. Vérifions maintenant que  est solution de l’équation différentielle. C’est direct : il suffit de dériver par rapport à la borne supérieure, deux fois par rapport à x d’une part et une fois par rapport à t d’autre part. 2. On obtient par ces dérivées successives que  ce qui donne bien la formule demandée pour x = 0. On a ainsi relié le gradient de température, expérimentalement connu au temps t de refroidissement recherché. Fiche élève
Kelvin, l'équation de Fourier et l'âge de la Terre Niveau classes préparatoires
Fiche élève L’Irlandais William Thomson (1824-1907), qui deviendra Lord Kelvin, est certainement un des plus grands physiciens de son temps. En s’appuyant sur la physique mathématique, il va proposer une fourchette d’estimation pour l’âge de notre planète. Kelvin utilise une équation bien connue et solidement établie de la physique mathématique : l'équation de la chaleur du physicien français Joseph Fourier (1768-1830). La température croît quand on s'enfonce sous Terre ; on dit qu'il y a un gradient de température et il vaut en moyenne 3°C par 100 mètres. L’équation de Fourier permet de relier la valeur de ce gradient au temps de refroidissement identifié à l’âge de la Terre (voir l’exercice ci-dessous). Compte tenu des incertitudes sur les hypothèses, Kelvin en tire sa première fourchette d’estimation d’âge du globe, laquelle se révélera très sous-estimée. Exercice L'équation de Fourier s'écrit (1)où T(r,t) représente la température à l'instant t au point r, Δ est le laplacien et κ la conductivité moyenne de la Terre. Kelvin supposait les hypothèses suivantes : – La Terre est un solide homogène qui se refroidit par conduction, donc obéit à l'équation (1) ; il n'y a pas d'autres sources de chaleur. – Sa température initiale (uniforme), qu'on prend égale à celle de la roche en fusion, définit l'acte de naissance de la Terre T(R,0) = T0. C’est la condition initiale. On suppose constante dans le temps la température juste à la surface1. C’est la « condition aux limites ». Expérimentalement, on connaît le gradient de T à la surface de la Terre, soit  qui vaut en moyenne 3°C par 100 mètres. C'est une fonction de t seul qu'il suffira d'inverser pour estimer t. Comme ce gradient ne varie de façon notable que sur quelques kilomètres, négligeables devant R, rayon de la Terre, on peut assimiler la surface de la Terre à un plan et traiter le problème à une dimension. On posera maintenant x = 0 à la surface.1) Montrer que  est la solution de l’équation (1), à une dimension, qui satisfait les conditions aux limites et la condition initiale. 2) En tirer que  d’où t. Note : on donne la valeur de l’intégrale gaussienne  Anglais
Fiche professeur
Newton, the Bible and the age of the Earth Niveau terminale
Fiche professeur La séance proposée s’inscrit dans un travail en interdisciplinarité et autour du thème de ce dossier. Elle suit les préconisations du programme d’anglais de terminale concernant la compréhension de l'écrit : « Le programme du cycle terminal fait appel à des documents riches dans leur contenu, et complexes dans leur forme. Toutes les stratégies de découverte du sens sont mises à contribution pour construire une compréhension globale, affinée progressivement pour donner accès à l’implicite. La lecture analytique permet d’entrer dans la complexité d’un texte, d’en analyser et d’en interpréter les significations explicites et implicites. Elle est appliquée principalement à des textes courts, sans vouloir mobiliser toutes les ressources de l’explication littéraire, en se gardant d’une technicité excessive qui n’aurait pas sa place dans un cours de langue vivante étrangère, et en se gardant également de toute exploitation exhaustive ». (Programmes Anglais, classe terminale, CNDP, p. 14) Elle est liée au thème du rapport au monde : « Les représentations de soi et de l'autre, avec les valeurs auxquelles elles sont associées, sont au cœur de la notion d’identité. Les identités linguistiques, ethniques, religieuses, littéraires, artistiques se combinent en des ensembles complexes régionaux, nationaux, voire continentaux. Dans ces ensembles en constante évolution, l’individu construit une identité singulière. » (Idem, p. 17) Cette séance suppose peu de connaissances spécifiques préalables : les élèves devront juste savoir qui sont Newton et Moïse (au besoin, demander une recherche au cours précédent). Objectif Amener les élèves à percevoir que l’âge de la Terre a été l’objet de discussions au cours des siècles en fonction des avancées scientifiques et des rapports à la religion.Les documents supports
L’extrait de la lettre de Newton Isaac Newton (1643-1727) a consacré beaucoup de temps à des travaux sur la religion (et l'alchimie) qui, si on les compare à son immense œuvre de physicien (théorie de la gravitation universelle, travaux sur la lumière et invention du calcul intégral et différentiel), laisseront peu de traces. Très croyant, il va essayer de concilier la Bible et la physique. Dans le document présenté aux élèves, nous voyons comment il comprend la Genèse, qui stipule un Univers créé en six jours. Le document est extrait d’une lettre écrite à Thomas Burnet, théologien et géologue anglais (1635-1715).
L’extrait de la Genèse Le choix qui a été fait de prendre la version NIV (New International Version) ici se justifie par un niveau de langue plus facile d’accès. Voici le même texte dans la version King James :
L’illustration
Elle est tirée d’un ouvrage, qui figure dans Gutenberg project, intitulé The Babylonian legends of the Creation, d’E. A. Wallis Budge (1857-1934), où le texte complet de la légende est : Shamash the Sun-god rising on the horizon, flames of fire ascending from his shoulder. The two portals of the dawn, each surmounted by a lion, are being drawn open by attendant gods. www.gutenberg.org/ Propositions de réponses au questionnaire
First excerpt 1- What are the two lights mentioned here? How do you know?The sun and the moon: they “separate the day from the night” and are set “in the expanse of the sky”. 2- The Bible says the world was created in six days. What is the day described here? How do you know? It’s the third day, as the last verse says. Second excerpt
The text Who is “Moses”?Moses was a prophet, known as the Hebrew leader who received from God the tablets of the Ten Commandments. Moses is also considered the transcriber of the Torah (the first five books of the Bible). What is the modern equivalent of “ye”? The What can “vulgar” mean for Newton? Was it a noun, an adjective, an adverb or a verb? What is it now? What does it mean now? Vulgar meant “ordinary people” or “common people” then (from the Latin “vulgus” - crowd). In the text it’s a noun. Nowadays it’s an adjective which means coarse, common, without refinement. What does “wt” stand for? What What are “the whole series” mentioned in paragraph 2? The steps of the creation. What words does “terraqueous” come from? What does it mean? It’s made up of “terra” and “aqua” and it means “composed of land and water”. The ideas In paragraph 1, two words are repeatedly opposed. Which words? What are the scientific data Newton already had which contradict the Bible?“Real” is opposed to “apparent”. Newton knows the real size of the planets and knows the sun and the moon are in space, not in the “sky” (firmament). Why can we say that “adapt” is one of the key words in the second paragraph? Who adapted what, and what for? Moses adapted his level of speech to his audience for people to understand the situation. Newton justifies the text of the Bible by saying Moses (whom he presents as the author of the Bible) wanted to address ordinary people and wanted them to understand clearly the creation of the Earth. Paragraph 3 explains the relation between the two stars and the age of the globe. What problem of calculation does it point out? What can we guess about Burnet’s point of view concerning the age of the Earth? Since the separation between days and nights started at the end of the third day, it’s impossible to establish the length of the first two days and consequently to establish the age of the Earth thanks to these data. We can think Burnet said the Bible had to be read literally even though he also thought that ordinary physical laws could well be applied to the sequence of events. Newton obviously doesn’t agree. Why did Newton try to interpret the text of the Bible? Newton had discovered new laws of physics which didn’t coincide with the biblical texts. He had to explain how the Bible could still be interpreted as the truth. Fiche élève
Newton, the Bible and the age of the Earth Niveau terminale
Fiche élève
Documents In one of his letters Newton (1643-1727) refers to the Bible.Read the two documents and then analyse Newton’s considerations. Newton’s letter “As to Moses […] where he speaks of two great lights I suppose he means their apparent, not real greatness. So when he tells us God placed those lights in ye firmament, he speaks I suppose of their apparent not of their real place, […] to adapt a description of ye creation as handsomly as he could to ye sense & capacity of ye vulgar...”“For Moses, accommodating his words to ye gross conceptions of ye vulgar, describes things much after ye manner as one of ye vulgar would have been inclined to do had he lived & seen ye whole series of wt Moses describes...” “Now for ye number & length of ye six days: by what is said above you may make ye first day as long as you please, & ye second day too if there was no diurnal motion till there was a terraqueous globe, that is till towards ye end of that days work.” Newton to Burnet
The Correspondence of Isaac Newton, volume II, 1676-1687,
Cambridge University Press.
The Beginning (Genesis)
Analysis
First excerpt 1- What are the two lights mentioned here? How do you know?2- The Bible says the world was created in six days. What is the day described here? How do you know? Second excerpt
The text 1- Who is “Moses”?2- What is the modern equivalent of “ye”? 3- What can “vulgar” mean for Newton? Was it a noun, an adjective, an adverb or a verb? 4- What is it now? What does it mean now? 5- What does “wt” stand for? 6- What are “the whole series” mentioned in paragraph 2? 7- What words does “terraqueous” come from? What does it mean? The ideas 1- In paragraph 1, two words are repeatedly opposed. Which words? What are the scientific data Newton already had which contradict the Bible?2- Why can we say that “adapt” is one of the key words in the second paragraph? Who adapted what, and what for? 3- Paragraph 3 explains the relation between the two stars and the age of the globe. What problem of calculation does it point out? What can we guess about Burnet’s point of view concerning the age of the Earth? 4- Why did Newton try to interpret the text of the Bible? Philosophie
Fiche professeur
La foi et la raison Niveau terminale
Fiche professeur
Objectifs Il s'agit d'un commentaire explicatif de textes de Galilée, d’Averroès et de Maïmonide qui concernent les rapports entre la foi et la raison. Cette étude est proposée pour des élèves de terminales scientifique, littéraire ou de sciences économiques et sociales.Dès le début du Moyen Âge, nombreux sont les savants qui cherchent une façon de lire le Livre saint qui ne s’oppose pas aux vérités scientifiques. Citons, entre autres, saint Augustin (IVe siècle), saint Bonaventure (XIIIe siècle), Nicolas Oresme (XIVe siècle). Dans le monde musulman, le Coran, qui reprend la Genèse de la Bible, va susciter les mêmes interrogations. Il faut alors citer Avicenne (XIe siècle) et Averroès (XIIe siècle) pour les plus connus, lesquels influenceront d'ailleurs largement les penseurs de l’Occident chrétien. Nous citons longuement Galilée, en raison à la fois de son importance et de sa clarté. Ce dernier était nourri de la culture du Moyen Âge à laquelle il ne fait pas explicitement référence mais qui, contrairement à ce que les écrivains de la Renaissance, ont voulu faire croire, n’était pas si « moyenâgeuse » (obscurantiste, figée dans un dogmatisme incontestable). C'est en fait la contre-Réforme imposée par l’église catholique, et mise en place par le Concile de Trente (à partir de 1545), qui va constituer un raidissement de l’institution sur l’interprétation des Écritures (dont elle ne veut pas laisser le monopole aux protestants qui prônent un retour au texte). Galilée et le poids de la Bible a. En comparaison avec les savants de son époque – et même d’un ou deux siècles plus tard – Galilée (1564-1642) est très moderne. Pour lui, à chaque fois que la raison et l'expérience semblent contredire le Livre saint, c'est qu'on aura à tort interprété ce dernier littéralement, sans comprendre qu'il avait été écrit pour des gens ignorants, à l'époque. La tâche des savants consiste alors à découvrir le sens caché des Écritures : on dirait aujourd'hui « contextualiser ». Galilée est un excellent avocat : dans la première citation, il prétend même que l'interprétation littérale peut conduire au blasphème et démontre ensuite que partir de la Bible, au vu des contre-vérités apparentes qu'elle contient, peut faire douter de son autorité et donc saper les fondements de la « vraie religion ». Face à des contradictions apparentes, il faut d’abord vérifier les démonstrations et expériences avant de les confronter aux Écritures saintes.b. En revanche, la parole des Pères de l'Église est historiquement datée. Galilée distingue habilement la parole divine de celle d'hommes comme les Pères de l’Église, certes inspirés par Dieu, mais qui peuvent être victimes des préjugés et de l'ignorance de leur temps. Il y a donc contradiction entre l’argumentation de Galilée et celle des Pères de l’Église mais pas de contradiction interne dans l’argumentation globale de Galilée. c. En ce qui concerne « le salut de l'âme », comme il est peu probable qu'aucune expérience ne mette jamais en défaut le Livre sacré à ce sujet, Galilée juge plus sage d'en conserver le sens littéral. Prudence ou concession de Galilée vis-à-vis d'une affirmation qui n'engage à rien ? Bien que ces textes aient été écrits avant son procès, ils sont structurés comme des défenses juridiques. On y trouvera l'argumentation moderne inévitable pour tout croyant d'une religion du Livre (chrétien, juif, musulman) qui ne veut pas ignorer les résultats de la science. Averroès et le Coran, Maïmonide et la Torah Averroès (1126-1198) sera pour l’Occident chrétien le grand passeur et commentateur de l’œuvre d’Aristote qu’il vénérait. Le problème s’est donc posé pour lui (de même que pour les chrétiens) de concilier l’enseignement d’Aristote avec le contenu du « livre précieux ».a. « Obvie » veut dire évident, manifeste, premier degré ; vient du latin « devant le chemin » (à donné obvious, en anglais). b. « Le résultat de la démonstration », c’est sensiblement l’application de la philosophie et du raisonnement aristotélicien. Le raisonnement aristotélicien est ici essentiellement celui de la logique du syllogisme. Exemple de syllogisme le plus cité : tous les hommes sont mortels (prémisse), Socrate est un homme (prémisse), donc Socrate est mortel (conclusion). En première approximation, Maïmonide, en suivant la tradition aristotélicienne, distingue trois syllogismes : le démonstratif, le dialectique et le rhétorique et ce par ordre décroissant de certitude des prémisses. L'exemple donné est typiquement démonstratif. c. Le texte d’Averroès est plus vague que celui de Galilée car pour ce dernier, lorsqu’il y a une contradiction apparente, le point de départ de la discussion doit être celui « des arguments rationnels » et non pas les Écritures. En revanche, le texte d’Averroès est plus précis parce qu’il affirme qu’à chaque fois qu’on doit s’éloigner du sens « obvie » d’une proposition, on en trouvera toujours une autre dans ce même « livre précieux » dont le sens « obvie » justifiera l’interprétation. d. Au sens classique, deux mots sont homonymes s’ils ont même prononciation, voire même orthographe, mais des sens différents. Chez Maïmonide, comme chez à peu près tous les commentateurs des livres saints (Bible, Coran), cela signifie plutôt « ne pas prendre au pied de la lettre ». Il pourrait s’agir d’un sens imagé. Par exemple, les six jours de la création du monde pourraient être six périodes, les deux luminaires allumés (la lune et le soleil) seulement une image… Moïse Maïmonide (1135-1204), philosophe et médecin juif, a joué un rôle analogue à celui d’Averroès. Il développe pour la Torah (qui comporte la « Genèse » de la Bible judaïque) une vision proche de ce dernier. Comme lui, il insiste sur le fait que l’interprétation non obvie du texte sacré est quelquefois nécessaire mais doit être laissée aux « savants » car la masse des fidèles pourrait être amenée à douter de la véracité de l’Écriture. Prolongements de réflexion : Newton et le Livre saint Considéré comme un des plus grands génies scientifiques de tous les temps, Newton (1643-1727) reste, du point de vue de sa philosophie religieuse, davantage un homme du Moyen Âge. Certes, il reconnaîtra la nécessité d’une lecture allégorique de la Bible, mais seulement en cas d’impossibilité stricte de faire autrement. Il écrira de façon étonnante : « La religion et la philosophie doivent être maintenues distinctes, nous ne devons pas introduire de révélations divines en philosophie, ni d’opinions philosophiques en religion. »N’empêche qu’il considère le Livre saint comme une véritable source de connaissance historique :
Il faut savoir qu’il consacrera autant de temps à étudier la religion et l’alchimie (pratiquement passée aux oubliettes de l’histoire) que la physique et les mathématiques. Fiche élève
La foi et la raison Niveau terminale
Fiche élève
Galilée et le poids de la Bible Les quelques extraits de textes de Galilée reproduits ci-dessous visent à nous faire comprendre comment ce dernier tentait à la fois de défendre le système héliocentrique de Copernic tout en confirmant sa fidélité au texte sacré. À plusieurs reprises, Galilée réaffirme le credo selon lequel « l'Écriture sainte ne peut jamais mentir ou errer et qu'au contraire ses décrets possèdent un caractère de vérité absolue et inviolable ».Cette précaution prise, il expose la méthode que doit suivre le savant pour comprendre le Livre saint.
Cependant, Galilée examine une question de méthode lors de la confrontation entre les Écritures et des expériences ou démonstrations apparemment contradictoires.
Donc tout ira bien pour l’interprétation littérale du Livre saint.
a. Pouvez-vous synthétiser l'argumentation de Galilée pour expliquer comment la raison et l’expérience peuvent sembler contredire le Livre saint ? b. Cette argumentation entre-t-elle en contradiction avec ce qui suit ?
c. Finalement, comment peut-on interpréter le passage suivant ?
Averroès et le Coran, Maïmonide et la Torah Ibn Rushd, connu en Occident sous le nom d’Averroès (1126-1198), est peut-être le plus célèbre savant musulman. Son influence sera considérable dans le monde chrétien.
a. Que veut dire obvie ? b. Que désigne Averroès par « un résultat de la démonstration » ? c. Ce texte, dont les développements sont proches de ceux de Galilée, est à la fois plus vague et plus précis. Pourriez-vous expliquer en quoi ? Maïmonide (1135-1204), médecin et philosophe juif, contemporain d’Averroès, développera une vision assez voisine dans son fameux Guide des Égarés. Il aura pour la pensée chrétienne du Moyen Âge un rôle équivalent.
d. Comment interpréter le mot « homonyme » dans le texte de Maïmonide ? POINT DOC
Bibliographie Âge du monde, catastrophismes, croyances BABIN ClaudeAutour du catastrophisme Vuibert, Paris, 2005. Pour une compréhension claire de ce qui a opposé « uniformitaristes » et « catastrophistes ». GORST Martin Measuring Eternity: The Search for the Beginning of Time Broadway Books, 2001. En anglais seulement. Captivant. GRANT Edward The Science and Religion. From Aristotle to Copernicus Johns Hopkins University Press, Baltimore, 2006. Où l’on voit un Moyen Âge moins « moyenâgeux » qu’on ne le croit généralement. RICHET Pascal L'Âge du monde Le Seuil, Paris, 1999. Sur le sujet qui nous intéresse, l’ouvrage moderne en français le plus complet et accessible. VEYNE Paul Les Grecs ont-ils cru à leurs mythes ? Le Seuil, Paris, 1983 Un livre érudit, néanmoins facile d’accès et passionnant sur « l’histoire de l’histoire ». Histoire des sciences DJEBBAR Ahmed, GOHAU Gabriel, ROSMORDUC JeanPour l'histoire des sciences et des techniques CNDP / Hachette éducation, collection « Ressources Formation », 2006. Notice Cyberlibrairie (descriptif de l’ouvrage et commande en ligne) LEMARCHAND Fabienne « Controverse : les premières traces de vie » La Recherche, n° 354, juin 2002, p. 14. RUSSELL Bertrand Science et Religion Gallimard, Paris, 1971. Cet ouvrage montre en quoi la science est par nature opposée à la pensée religieuse, quand bien même elle est l'œuvre de croyants sincères (comme Newton). WITKOWSKI Nicolas « J.-B. Biot : un homme, une météorite » La Recherche, n° 326, décembre 1999. Où comment les Académiciens se sont convaincus de la réalité des « pierres de feu ». Les auteurs dans le texte AVERROÈSLe Livre du discours décisif GF-Flammarion, 1996. Œuvre majeure de celui qui va introduire la pensée d’Aristote dans l’Europe du Moyen Âge. DE MAILLET Benoît Telliamed ou entretiens d'un philosophe indien avec un missionnaire français sur la diminution de la mer Publié à La Haye chez Pierre Gosse, en 1755, reproduit chez Fayard, Paris, 1984. Mélange original d’observations précises et de fantaisies sur l’âge de la Terre d’un admirateur de Cyrano de Bergerac. GALILÉE Écrits coperniciens LGF, Livre de Poche, 2004. Recueil passionnant de lettres de Galilée sur la « bonne » lecture de la Bible. Sur le Web Quel âge a la Terre ?Sur le site sur le site Planet-Terre de l’École normale supérieure de Lyon, un texte de Vincent Deparis, de la Maison des sciences de l’homme (MSH). www.ens-lyon.fr/ Le refroidissement de la terre depuis son origine ; le champ géomagnétique L’Université de tous les savoirs (UTLS) propose une conférence en vidéo. À écouter particulièrement la partie « historique » de cette conférence. www.canal-u.com/ Accompagnement scientifique des programmes de lycée Les « Journées ENS-IPR » (décembre 2001) sur le site Planet-Terre de l’École normale supérieure de Lyon. www.ens-lyon.fr/ À propos Ce dossier présente, dans la collection « Thém@doc », un ensemble de références et de pistes de travail pour répondre aux besoins des programmes de collège, lycée et classes préparatoires en physique-chimie, en sciences de la vie et de la Terre, en mathématique, en philosophie et en anglais. Les caractéristiques essentielles que nous souhaitons promouvoir à travers lui tirent parti des potentialités de l'internet :– il est évolutif ; – il est mutualiste (échanges et capitalisation des données et des méthodes d'enseignement sur ce thème) ; – il instaure des liens avec un monde en constante mutation ; – il est le plus objectif possible avec des données chiffrées issues de sources les plus récentes. Les conditions d'usage de « Thém@doc » précisent l'exploitation de ces dossiers ainsi que les clauses légales relatives à la collection et à chacun des dossiers. Ce dossier a été réalisé par le Service national des productions imprimées et numériques du SCÉRÉN-CNDP. Directeur de publication : Patrick Dion, directeur général Auteurs Hubert Krivine, maître de conférences honoraire à l’université Pierre-et-Marie-Curie, recherche en physique statistique au laboratoire de physique théorique et modèles statistiques, université Paris-Sud. Xavier Campi, directeur de recherche honoraire, laboratoire de physique théorique et modèles statistiques, université Paris-Sud. Marie-Line Périllat-Mercerot, professeure d’anglais (académie de Créteil). Expertise pédagogique Marie-Hélène Grossmann, professeure agrégée de SVT (académie de Paris), chef de projet CNDP. |
