Collège, lycée, prépa
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L’âge de la Terre déduit de la salinité des océans : calcul de John Joly, géologue irlandais (1857-1933)
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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.
Pour en savoir plus
Origine de la salinité de l’eau de mer, théorie actuelle sur le site de l’observatoire océanographique de Villefranche-sur-Mer.
Mythes concernant l’eau de mer sur le site de l’observatoire océanographique de Villefranche-sur-Mer.
www.darse.org/
« L’océan régulateur de sa propre salinité » : un dossier du site Planète Terre, de Pierre-André Bourque, de l’université de Laval, Québec.
Dans le menu de gauche, cliquer sur la section 3, puis descendre en bas de page et cliquer sur « Les Océans / Les grands cycles géochimiques », puis sur l’étiquette : « les cycles géochimiques ».
Pour un accès direct à la page.
www.ggl.ulaval.ca/
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