Enseignement scientifique · Première · Contrôle n°1

L'histoire de l'âge de la Terre

60 minutes noté sur 205 exercices

Un contrôle d'enseignement scientifique de 60 minutes sur l'âge de la Terre : pourquoi les estimations anciennes étaient trop courtes, la demi-vie comme propriété statistique, le comptage par moitiés successives, l'hypothèse du système fermé et le choix de l'isotope. Vingt points, barème détaillé, et une correction qui dit pourquoi à chaque question.

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Avant de commencer

  • Parler d’une proportion restante dans un échantillon, jamais du sort d’un noyau.
  • La demi-vie ne dépend ni de la température, ni de la pression, ni de la combinaison chimique.
  • Un noyau ne vieillit pas.
  • Une datation suppose que le système soit resté fermé.
  • Dater un vestige et une roche ne se fait pas avec la même horloge.
  • Un âge se donne avec son incertitude, jamais comme un nombre isolé.

Exercice 1 — Des estimations bornées

4 pts · 11 min

Analyser les estimations anciennes

Réponds à chaque question.

  1. 1.Sur quoi reposaient les premières estimations naturalistes ?

    1 pt
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    Sur des vitesses supposées : refroidissement d’un globe initialement fondu, accumulation des sédiments, salinité des océans.

    Chacune donnait un ordre de grandeur, et chacune était bornée par son hypothèse.

  2. 2.Quel terme le calcul de refroidissement ignorait-il ?

    1 pt
    Voir la correction

    La désintégration d’éléments radioactifs à l’intérieur du globe.

    Cette source de chaleur était alors inconnue.

  3. 3.Le résultat était-il faux par erreur de calcul ?

    1 pt
    Voir la correction

    Non : il était trop court par ignorance d’un terme.

    Le calcul lui-même était correct dans ses hypothèses.

  4. 4.Qu’est-ce qui a permis de dépasser ces estimations ?

    1 pt
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    La radioactivité, qui a fourni une horloge.

    Le chiffre a alors été multiplié par cent.

Exercice 2 — La demi-vie

5 pts · 14 min

Définir la demi-vie

Réponds à chaque question.

  1. 1.Qu’est-ce que la demi-vie d’un isotope radioactif ?

    1 pt
    Voir la correction

    La durée au bout de laquelle la moitié des noyaux d’un échantillon se sont désintégrés.

    Elle est propre à chaque isotope.

  2. 2.De quoi ne dépend-elle pas, et pourquoi est-ce important ?

    1 pt
    Voir la correction

    Ni de la température, ni de la pression, ni de la combinaison chimique ; c’est ce qui en fait une horloge fiable.

    Elle est insensible à l’histoire géologique de la roche.

  3. 3.La demi-vie dit-elle quand un noyau donné se désintégrera ?

    1 pt
    Voir la correction

    Non : elle dit au bout de combien de temps la moitié d’un très grand nombre l’aura fait.

    C’est une propriété statistique d’une population.

  4. 4.Un noyau vieillit-il ?

    1 pt
    Voir la correction

    Non : son passé ne change rien à sa probabilité de se désintégrer.

    Il peut se désintégrer dans la seconde ou dans un million d’années.

  5. 5.Pourquoi une datation est-elle néanmoins fiable ?

    1 pt
    Voir la correction

    Parce qu’elle porte sur un nombre immense de noyaux.

    Le caractère aléatoire individuel disparaît à cette échelle.

Exercice 3 — Dater

4 pts · 11 min

Dater par la décroissance radioactive

Réponds à chaque question.

  1. 1.Comment compte-t-on le nombre de demi-vies écoulées ?

    1 pt
    Voir la correction

    En comptant combien de fois la proportion restante se déduit par moitiés successives.

    Un quart restant correspond à deux demi-vies.

  2. 2.À combien de demi-vies un huitième restant correspond-il ?

    1 pt
    Voir la correction

    À trois.

    On passe de l’entier à la moitié, puis au quart, puis au huitième.

  3. 3.Un échantillon contient encore un huitième de son isotope père, dont la demi-vie vaut 700 millions d’années. Quel est son âge ?

    1 pt
    Voir la correction

    Environ 2,1 milliards d’années.

    Trois demi-vies de 700 millions d’années font 2 100 millions d’années.

  4. 4.Quel âge la datation radiométrique donne-t-elle à la Terre ?

    1 pt
    Voir la correction

    De l’ordre de 4,5 milliards d’années.

    C’est le résultat admis aujourd’hui par cette méthode.

Exercice 4 — Ce que la datation suppose

4 pts · 13 min

Énoncer les conditions d'une datation

Réponds à chaque question.

  1. 1.Quelle hypothèse la datation radiométrique suppose-t-elle ?

    1 pt
    Voir la correction

    Que le système soit resté fermé : aucun apport ni aucune perte d’isotope père ou fils depuis la fermeture.

    L’horloge ne compte juste que sous cette condition.

  2. 2.Cite trois événements qui peuvent rouvrir le système.

    1 pt
    Voir la correction

    Un échauffement, une circulation d’eau, une altération.

    Chacun peut faire entrer ou sortir des isotopes et fausser l’horloge.

  3. 3.Pourquoi une demi-vie trop courte ne convient-elle pas aux très longues durées ?

    1 pt
    Voir la correction

    Parce qu’elle laisse trop peu de matière père pour être mesurée.

    Presque tout l’isotope père a disparu.

  4. 4.Pourquoi une demi-vie trop longue ne convient-elle pas aux durées brèves ?

    1 pt
    Voir la correction

    Parce qu’elle ne laisse pas apparaître de différence mesurable.

    La proportion restante n’a presque pas bougé.

Exercice 5 — Trouve l'erreur

3 pts · 11 min

Repérer une erreur et la corriger

Chaque affirmation est fausse. Écris ce qu’il fallait dire.

  1. 1.« Ce noyau a une demi-vie de mille ans : il se désintégrera donc dans mille ans. »

    1 pt
    Voir la correction

    La demi-vie est une propriété statistique d’une population, pas une échéance individuelle.

    Un noyau donné peut se désintégrer dans la seconde ou dans un million d’années.

  2. 2.« La proportion mesurée donne trois demi-vies : l’âge de la roche est donc certain. »

    1 pt
    Voir la correction

    Le résultat suppose que le système soit resté fermé.

    Un échauffement ou une circulation d’eau peut avoir rouvert le système.

  3. 3.« On peut dater une roche de trois milliards d’années avec un isotope de demi-vie courte. »

    1 pt
    Voir la correction

    Une demi-vie trop courte laisse trop peu de matière père pour être mesurée.

    Il faut choisir l’isotope en fonction de la durée à mesurer.

Barème — ce que le correcteur regarde

Les lignes chiffrées couvrent les 5 exercices et totalisent 20 points.

Ex.1Pourquoi les estimations anciennes étaient courtes

4 points — 1 par question

Point perdu si : Une erreur de calcul invoquée là où il manquait un terme.

Ex.2La demi-vie

5 points — 1 par question

Point perdu si : La demi-vie prise pour la durée de vie d’un noyau.

Ex.3Dater un échantillon

4 points — 1 par question

Point perdu si : Un comptage de demi-vies faux.

Ex.4Ce que la datation suppose

4 points — 1 par question

Point perdu si : L’hypothèse du système fermé passée sous silence.

Ex.5L’erreur repérée, et la réponse juste donnée

3 points — 1 par ligne

Point perdu si : Une correction qui raisonne encore sur un noyau isolé.

Et maintenant ?

16 à 20
Le chapitre est acquis. Entraîne-toi maintenant à dater en cinq temps : la proportion restante, le comptage par moitiés, la multiplication par la demi-vie, la vérification du choix d'isotope, et l'âge donné avec son incertitude.
10 à 15
Refais l'exercice 3 en écrivant la suite des moitiés : la moitié, le quart, le huitième.
moins de 10
Reprends la fiche de cours et retiens ce qui manquait aux savants d'autrefois : non la rigueur du calcul, mais une horloge.

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