Thémadoc : L'Âge de la Terre

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.)

Photo de Lord Kelvin publiée dans Shuster, Arthur and Arthur E. Shipley. Britain's Heritage of Science. London : Constable & Co. Ltd., 1917.

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.