Fiche à trous · Première · SVT

Géologie — Formation de la Terre et des planètes

Complétez de mémoire, puis vérifiez avec la page de corrigé.

Dater une roche ne donne pas l'âge de la matière qu'elle contient : les atomes qui la composent sont bien plus anciens que la roche elle-même. Ce que mesure une datation, c'est le moment où le système s'est fermé.

La formation du système solaire

Définition — Hypothèse nébulaire :

Propriété

La différenciation de la Terre

Définition — Différenciation :

La chaleur qui a permis cette différenciation a trois origines : l'énergie libérée par les impacts lors de l'accrétion, celle dégagée par la migration du fer vers le centre, et la radioactivité des éléments instables présents dans la matière initiale. Seule la dernière continue aujourd'hui d'alimenter la chaleur interne.

Mesurer le temps : la géochronologie

Règle

Propriété

Piège

Lire l'âge obtenu comme celui des atomes datés, ou comme celui du continent qui porte la roche.

Formuler la conclusion ainsi : « ce minéral s'est fermé il y a tant ».

Exemple

Un minéral ne contient plus que 25 % de son isotope père initial. La demi-vie du couple utilisé est de 1,3 milliard d'années. Quel âge de fermeture en déduire ?

Résultat :

La Terre aujourd'hui

Propriété

Exploiter une datation absolue

Ai-je vérifié que la demi-vie est adaptée à la durée mesurée ?
Ai-je compté les demi-vies en divisant par deux, et non proportionnellement ?
Ai-je conclu sur la fermeture du système, et non sur l'âge des atomes ?
Ai-je évité de généraliser l'âge d'un échantillon à tout un continent ?
Ai-je relié la différenciation à la densité des matériaux ?
Ai-je attribué l'essentiel du flux de chaleur actuel à la radioactivité ?

Corrigé · à détacher

Géologie — Formation de la Terre et des planètes

1. L'hypothèse nébulaire propose que le système solaire s'est formé par l'effondrement gravitationnel d'un nuage de gaz et de poussières. La matière s'y concentre au centre pour former le Soleil, tandis que le reste s'aplatit en un disque en rotation où les poussières s'agglomèrent progressivement en corps de plus en plus gros. Cette hypothèse rend compte de trois observations : les planètes tournent dans le même sens, presque dans un même plan, et les roches les plus anciennes du système solaire ont des âges voisins.
2. La composition des planètes varie avec la distance au Soleil. Près de l'étoile, la chaleur empêche les composés volatils de se condenser : il ne reste que les éléments réfractaires, d'où des planètes telluriques, petites, denses et rocheuses. Plus loin, au-delà d'une limite où la glace devient stable, les corps accumulent aussi des volatils et deviennent des planètes géantes gazeuses, massives et peu denses.
3. La différenciation est la séparation des matériaux d'une planète initialement homogène en enveloppes concentriques, selon leur densité. Sur une Terre primitive suffisamment chaude pour être partiellement fondue, le fer, dense, migre vers le centre et forme le noyau, tandis que les silicates, plus légers, constituent le manteau puis la croûte. La différenciation explique donc à la fois la structure en couches et la présence d'un noyau métallique.
4. La géochronologie absolue repose sur la désintégration radioactive : un isotope père se transforme en isotope fils à un rythme constant, caractérisé par une demi-vie — la durée au bout de laquelle la moitié des atomes pères restants s'est désintégrée. En mesurant le rapport entre père et fils dans un minéral, on remonte au temps écoulé depuis que ce minéral a cessé d'échanger avec son milieu.
5. $a p r \overset{e}{ˋ} s n d e mi - v i es, i l r es t e u n e f r a c t i o n 1/ 2^{n} d e l^{'} i so t o p e p \overset{e}{ˋ} r e$
6. Le couple utilisé se choisit selon la durée à mesurer. Une demi-vie trop courte laisse un isotope père indétectable ; trop longue, elle rend la variation du rapport trop faible pour être mesurée. Le couple U-Pb, dont les demi-vies sont de l'ordre du milliard d'années, convient aux roches les plus anciennes et sert à dater la formation du système solaire ; le couple Rb-Sr couvre également de très longues durées.
7. Après une demi-vie, il reste 50 % ; après deux demi-vies :
8. Il s'est donc écoulé exactement deux demi-vies.
9. L'âge est donc :
10. Soit 2,6 milliards d'années — l'âge de la fermeture du système, pas celui des atomes.
11. 2,6 milliards d'années
12. La Terre évacue en permanence de la chaleur vers l'espace : c'est le flux de chaleur géothermique, qui se mesure en watts par mètre carré. Il provient surtout de la radioactivité des éléments instables du manteau et de la croûte, et pour une part de la chaleur résiduelle de l'accrétion et de la différenciation. Ce flux de chaleur n'est pas uniforme : il est bien plus élevé au niveau des dorsales océaniques que sur les vieux continents, et c'est lui qui entretient la dynamique interne du globe.
13. Identifier le couple isotopique utilisé et relever sa demi-vie.
14. Relever la proportion d'isotope père restant, ou le rapport père/fils.
15. Déterminer combien de demi-vies se sont écoulées : 50 % → une, 25 % → deux, 12,5 % → trois.
16. Multiplier ce nombre par la demi-vie pour obtenir l'âge.
17. Formuler la conclusion en termes de fermeture du système, et non d'âge des atomes ni du continent.