Programme en vigueur — arrêtés du 17 janvier 2019, applicable en Première depuis la rentrée 2019. Voir le texte
Hypothèse nébulaire : formation du système solaire. Différenciation de la Terre. Géochronologie (U-Pb, Rb-Sr). Structure actuelle et flux de chaleur interne.
La règle d'or
Une datation donne l'âge de la fermeture du système, le moment où la roche a cessé d'échanger, et non l'âge de la matière qui la compose.
L'erreur que tout le monde fait
Lire l'âge obtenu comme celui des atomes datés, ou comme celui du continent qui porte la roche.
Les atomes sont bien plus vieux que la roche : ce que la méthode date, c'est l'instant où le minéral s'est refroidi assez pour retenir ses produits de désintégration. Une même région peut donc livrer des âges très différents selon le minéral analysé, sans qu'aucun ne soit faux.
Formuler la conclusion en disant ce que l'âge date : la cristallisation, le métamorphisme, ou le refroidissement.
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.
1La formation du système solaire
Définition
Hypothèse nébulaire — 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.
Propriété
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.
2La différenciation de la Terre
Définition
Différenciation — 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.
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.
3Mesurer le temps : la géochronologie
Règle
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.
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.
Piège
Lire l'âge obtenu comme celui des atomes datés, ou comme celui du continent qui porte la roche.
Pourquoi — Le chronomètre démarre à la fermeture du système, c'est-à-dire au moment où le minéral cesse d'échanger avec son milieu — lors de sa cristallisation, ou après un refroidissement. Les atomes, eux, existaient bien avant. Et un continent est une mosaïque de roches d'âges très différents : dater un échantillon ne date que lui, pas l'ensemble.
Le réflexe — 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 ?
Après une demi-vie, il reste 50 % ; après deux demi-vies :50÷2=25
Il s'est donc écoulé exactement deux demi-vies.
L'âge est donc :1,3×2=2,6
Soit 2,6 milliards d'années — l'âge de la fermeture du système, pas celui des atomes.
2,6 milliards d'années
4La Terre aujourd'hui
Propriété
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.
Exploiter une datation absolue
Identifier le couple isotopique utilisé et relever sa demi-vie.
Relever la proportion d'isotope père restant, ou le rapport père/fils.
Déterminer combien de demi-vies se sont écoulées : 50 % → une, 25 % → deux, 12,5 % → trois.25÷2=12,5Chaque demi-vie divise par deux la proportion restante.
Multiplier ce nombre par la demi-vie pour obtenir l'âge.
Formuler la conclusion en termes de fermeture du système, et non d'âge des atomes ni du continent.
▢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 ?
L'essentiel en 11 points
·Hypothèse nébulaire : effondrement d'un nuage, disque en rotation, accrétion.
·Elle explique le sens commun de rotation et le plan commun des orbites.
·Planètes telluriques près du Soleil, géantes au-delà de la limite de la glace.
·Différenciation : séparation en enveloppes selon la densité — le fer au centre.
·Chaleur initiale : impacts, migration du fer, radioactivité.
·Demi-vie : durée au bout de laquelle la moitié des atomes pères s'est désintégrée.
·Après n demi-vies, il reste 1/2ⁿ de l'isotope père.
·Couple U-Pb : demi-vies de l'ordre du milliard d'années, pour les roches anciennes.
·Une datation donne l'âge de la fermeture du système, pas celui des atomes.
·Dater un échantillon ne date pas le continent qui le porte.
·Le flux de chaleur actuel vient surtout de la radioactivité, et varie selon les lieux.
2
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Fiche PDF — Géologie — Formation de la Terre et des planètes
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c.Qu'est-ce que la différenciation ? Quel critère la gouverne ?
d.Définir la demi-vie d'un isotope.
e.D'où provient l'essentiel du flux de chaleur actuel de la Terre ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Le système solaire s'est formé par l'effondrement gravitationnel d'un nuage de gaz et de poussières, aplati en disque.
b. Les planètes tournent dans le même sens et presque dans un même plan — et les roches les plus anciennes ont des âges voisins.
c. La séparation en enveloppes concentriques d'une planète initialement homogène, gouvernée par la densité des matériaux.
d. La durée au bout de laquelle la moitié des atomes pères restants s'est désintégrée.
e. De la radioactivité des éléments instables du manteau et de la croûte, et pour une part de la chaleur résiduelle.
2
Un minéral est daté par un couple de demi-vie 1,3 milliard d'années.
Calculer
a.Il reste 50 % de l'isotope père. Quel âge en déduire ?
b.Un second minéral n'en contient plus que 25 %. Quel âge ?
c.Un troisième n'en contient plus que 12,5 %. Quel âge ?
d.Un élève conclut que le troisième minéral est quatre fois plus vieux que le premier. Où est son erreur ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Une demi-vie exactement, soit 1,3 milliard d'années.
b. Deux demi-vies, puisque :50÷2=25
L'âge est donc :1,3×2=2,6
Soit 2,6 milliards d'années.
c. Trois demi-vies, puisque :25÷2=12,5
L'âge est donc :1,3×3=3,9
Soit 3,9 milliards d'années.
d. Il a raisonné proportionnellement sur les pourcentages : 50 divisé par 12,5 donne 4, et il en conclut un âge quadruple. Mais la décroissance est exponentielle : le temps se compte en nombre de demi-vies, soit 3 contre 1. Le rapport réel des âges est donc 3, non 4.3,9÷1,3=3
3
Formation du système solaire et composition des planètes. Raisonner.
Raisonner
a.Pourquoi les planètes proches du Soleil sont-elles rocheuses et denses ?
b.Pourquoi les planètes lointaines sont-elles massives et peu denses ?
c.Quelles sources de chaleur ont permis la différenciation de la Terre ?
d.Laquelle de ces sources est encore active aujourd'hui ?
e.Pourquoi le flux de chaleur est-il plus élevé aux dorsales océaniques ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Parce que la chaleur y empêchait les composés volatils de se condenser : seuls les éléments réfractaires ont pu s'agglomérer, d'où des planètes telluriques.
b. Parce qu'au-delà d'une certaine distance la glace devient stable : les corps y ont accumulé aussi des volatils, en bien plus grande quantité, d'où des planètes géantes gazeuses.
c. L'énergie des impacts de l'accrétion, celle dégagée par la migration du fer vers le centre, et la radioactivité.
d. La radioactivité seule ; les deux autres appartiennent à la phase de formation.
e. Parce que la lithosphère y est mince et très jeune, au-dessus d'une remontée de matériel chaud. La chaleur interne y traverse une épaisseur bien plus faible que sous un vieux continent.
4
Ce qu'une datation dit et ce qu'elle ne dit pas. Analyser.
Analyser
a.À quel événement précis une datation radiochronologique donne-t-elle accès ?
b.Pourquoi l'âge des atomes est-il nécessairement supérieur à l'âge obtenu ?
c.Une roche de 300 millions d'années est prélevée sur un continent. Peut-on dater ce continent ainsi ?
d.Pourquoi ne pas dater une roche ancienne avec un couple de demi-vie très courte ?
e.Comment s'assure-t-on qu'un âge obtenu est fiable ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. À la fermeture du système : le moment où le minéral a cessé d'échanger avec son milieu, lors de sa cristallisation ou après un refroidissement.
b. Parce que les atomes préexistaient au minéral : ils ont été formés bien avant d'être piégés dans le réseau cristallin. La datation mesure leur enfermement, pas leur naissance.
c. Non. Un continent est une mosaïque de roches d'âges très différents, assemblées au cours de son histoire. L'âge obtenu ne vaut que pour l'échantillon daté.
d. Parce que l'isotope père serait entièrement désintégré depuis longtemps : il n'en resterait plus de quantité mesurable, et le rapport ne varierait plus. Le chronomètre est saturé.
e. En multipliant les mesures sur plusieurs minéraux de la même roche et, si possible, avec des couples isotopiques différents. Des méthodes indépendantes convergeant vers le même âge constituent un contrôle bien plus solide qu'une mesure isolée, si précise soit-elle.
Ce qui rapporte des points, ce qui en coûte
Exposer l'hypothèse nébulaire et deux observations qu'elle explique4 ptsPerdu si : Décrire la formation sans aucune observation à l'appui
Expliquer la différenciation par la densité3 ptsPerdu si : Faire migrer le fer sans dire pourquoi
Compter les demi-vies en divisant par deux5 ptsPerdu si : Raisonner proportionnellement sur les pourcentages
Conclure sur la fermeture du système4 ptsPerdu si : Dater les atomes ou le continent
Justifier le choix d'un couple isotopique2 ptsPerdu si : Dater une roche ancienne avec une demi-vie courte
Attribuer le flux de chaleur actuel à la radioactivité2 ptsPerdu si : L'attribuer uniquement à la chaleur résiduelle
4
La méthode
Exploiter une datation absolue
1
Identifier le couple radioactif utilisé et sa demi-vie.
2
Vérifier que la demi-vie est adaptée à l'ordre de grandeur attendu.
Un couple à demi-vie courte sature sur un objet ancien, et l'inverse ne donne aucun signal.
3
Relever le rapport entre l'élément père et l'élément fils dans l'échantillon.
4
Calculer l'âge, ou le lire sur la droite isochrone quand elle est fournie.
5
Conclure en précisant quel événement géologique cet âge date.
5
Se tester
Touches 1 à 4
SVTPremière
Question 1
Quel processus géologique actuel est responsable du maintien du flux de chaleur interne de la Terre ?
Aucun compte requis — réponds, la correction s'affiche aussitôt.
Géologie — Formation de la Terre et des planètes : c'est en quelle classe ?+
Ce chapitre est au programme de SVT au lycée, en classe de Première, année du Bac de français. Il est défini par le Bulletin Officiel de l'Éducation nationale, le texte de référence qui fixe ce qui doit être enseigné dans chaque matière.
Que faut-il savoir sur Géologie — Formation de la Terre et des planètes ?+
Hypothèse nébulaire : formation du système solaire. Différenciation de la Terre. Géochronologie (U-Pb, Rb-Sr). Structure actuelle et flux de chaleur interne. Les notions à maîtriser sont : nébulaire, différenciation, géochronologie, U-Pb, flux de chaleur, système solaire.
Où télécharger la fiche PDF de Géologie — Formation de la Terre et des planètes ?+
Sur cette page, dans le bloc « Imprimer » : 3 documents à télécharger — le cours, les exercices et le corrigé — soit 6 pages au format A4, prêtes à imprimer. Le téléchargement est gratuit, immédiat, et ne demande ni compte ni adresse e-mail.
Le corrigé de Géologie — Formation de la Terre et des planètes est-il fourni ?+
Oui, et c'est un document à part : chaque exercice y est repris étape par étape, avec le barème détaillé en fin de fiche — ce qui est attendu, combien de points, et ce qui fait perdre le point. Un parent qui ne se souvient plus du programme peut corriger une copie avec.
Géologie — Formation de la Terre et des planètes peut-il tomber au Bac de français ?+
Ce chapitre fait partie du programme officiel de Première, il entre donc dans le périmètre du Bac de français. Le sujet exact varie chaque année et aucun chapitre n'est garanti, mais l'ensemble du programme de l'année est susceptible d'être évalué : mieux vaut ne pas parier sur des impasses.
Comment réviser Géologie — Formation de la Terre et des planètes efficacement ?+
Commence par lire la fiche de révision pour remettre la règle en place, puis enchaîne immédiatement sur le quiz de cette page. Répondre juste après avoir lu ne suffit pas : reviens sur le chapitre deux ou trois jours plus tard. C'est l'espacement des révisions, plus que leur durée, qui fait tenir une notion en mémoire. Une session de quinze minutes répétée vaut mieux qu'une heure unique.
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