Sommaire

Introduction

Si, en l'an 1600 de notre ère, vous aviez demandé à un Européen instruit quel était l'âge de la planète Terre et à lui raconter son histoire, il aurait répondu qu'elle avait environ 6000 ans et que son histoire ancienne était donnée par le récit biblique de la Genèse.

Si vous aviez posé la même question à un Européen instruit en 1900, vous auriez reçu une réponse tout à fait différente. Il aurait répondu que la Terre était ancienne, qu'il n'y avait pas eu de déluge noachique, et que les espèces de la vie n'avaient pas été figées au cours de l'histoire de la Terre. En bref, la Genèse était une allégorie et non une histoire littérale.

L'histoire de ce grand changement dans la conception de l'histoire de la Terre n'est pas simple. La chronique de ce grand changement peut être divisée en cinq périodes ;

La période pré-scientifique avant 1600. À l'époque pré-scientifique, le récit biblique et les spéculations des philosophes grecs étaient acceptés sans grande remise en question.

L'ère des cosmogonies spéculatives s'étend de 1600 à 1700. Durant cette période, plusieurs cosmogonies complètes ont été proposées. Elles étaient riches en spéculations théoriques et pauvres en preuves substantielles. Ces cosmogonies faisaient partie de la nouvelle emphase de la science visant à trouver des explications rationnelles aux caractéristiques du monde.

La désinstitutionnalisation de la Genèse s'étend de 1700 à 1780. Cette période a été marquée par une grande activité en géologie de terrain plutôt que par de grandes cosmogonies. Il est devenu clair que la topographie de la Terre avait subi des changements significatifs au fil du temps et que ces changements ne pouvaient être expliqués ni par les processus naturels opérant durant la brève période biblique, ni par le déluge noachien postulé. Les observations notables incluaient :

  • Les études des strates suggéraient qu'elles avaient été déposées par des processus naturels dans lesquels la mer et la terre avaient changé de place à plusieurs reprises.

  • Les études des tremblements de terre et des volcans ont montré que la croûte de surface est soumise à des transformations naturelles massives.

  • L'observation de la pluie, du vent, de l'érosion par l'eau et de l'érosion marine en action a montré qu'elles étaient des forces capables de réduire les montagnes et de créer des vallées.

Le débat entre catastrophistes et uniformitaristes s'est déroulé d'environ 1780 à 1850. À la fin du XVIIIe siècle, il était clair que la Terre avait une longue et variée histoire. L'intérêt pour les grandes cosmogonies a été ravivé. Le débat majeur opposait les catastrophistes, par exemple Cuvier, qui soutenaient que l'histoire de la Terre était dominée par de grandes révolutions catastrophiques, et les uniformitaristes, par exemple Hutton et Lyell, qui soutenaient que l'histoire de la Terre était dominée par des changements lents et relativement uniformes dans une Terre ayant une histoire globale statique. Durant la première partie de cette période, il y a eu une activité considérable de la part des géologues bibliques qui ont tenté de concilier la Genèse et la géologie. Les efforts des géologues bibliques ont échoué nettement ; d'ici 1830, la géologie biblique était un sujet mort dans la science.

La période moderne s'étend de 1850 à nos jours. Le grand débat a été gagné par les uniformitaristes, au point que le degré de gradualisme a été exagéré et l'importance des catastrophes indûment minimisée. La période moderne a été marquée par une expansion énorme des connaissances détaillées sur l'histoire géologique de la Terre et les processus qui ont agi durant cette histoire.

De nombreux auteurs choisissent de présenter l'histoire d'un sujet complexe en le divisant en fils majeurs et en suivant l'histoire de chaque fil séparément. J'ai choisi, à la place, de fournir une chronologie des œuvres significatives et de leurs auteurs dans le but de donner une idée de la manière dont les perspectives sur la géologie ont changé au fil du temps. Les sélections et les commentaires ici ne constituent pas une exposition complète des œuvres des auteurs mentionnés ; plutôt, ils ont été choisis pour illustrer et exemplifier les perspectives changeantes au fil du temps.

Estimations de l'âge de la Terre

En Europe, la question de l'âge de la Terre n'était pas un problème sérieux avant l'avènement de la science ; l'histoire de la Terre était supposée être expliquée dans la Genèse. L'avènement de la science a produit un changement majeur d'attitude.

Dans la vision du monde pré-scientifique, la question de l'âge de la Terre était une question théologique. Le récit de la Genèse est rempli de miracles qui ne résistent pas à une analyse rationnelle. Cela n'avait pas d'importance ; la perspective théologique ne nécessitait pas de rationalisation physique. Elle n'était pas exclue, en soi, mais elle n'était pas nécessaire. Elle ne faisait pas partie de l'attitude. Dans la nouvelle science, cependant, une explication rationnelle était souhaitable. Ussher et Descartes illustrent la différence.

En 1640, Ussher a produit son célèbre calcul selon lequel la Terre a été créée en 4004 avant J.-C. En 1637, Descartes a produit une cosmogonie qui a été très influente pendant plus d'un siècle. Quelle était la différence ?

Il ne s'agissait pas de leurs estimations de l'âge de la Terre - Descartes a conservé la date biblique. Ussher a accepté le compte rendu biblique à la lettre, en s'appuyant sur les généalogies bibliques et sur les documents historiques existants. Il a implicitement supposé que le monde a été créé tel qu'il est aujourd'hui. Descartes, en revanche, a tenté de discerner une histoire physique de la Terre. Son compte rendu était plausible selon les standards immatures de la Science de son époque ; cependant, il ne correspondait en aucun cas au compte rendu biblique d'une création achevée en six jours.

Au XVIIIe siècle, la croyance en une Terre âgée de 6000 ans s'est effondrée. Les tentatives de calculer l'âge de la Terre à partir de considérations physiques ont donné des estimations variant de 75 000 ans (Buffon, 1774) à plusieurs milliards d'années (de Maillet, Buffon).

Les modèles physiques étaient sujets à caution et, a posteriori, étaient naïfs. Les preuves géologiques étaient plus sérieuses. Il est devenu tout à fait clair que de nombreuses régions de la Terre avaient alterné entre être des terres et être couvertes par des mers, qu'il y avait eu une sédimentation lente étendue, que les montagnes n'avaient pas été créées in situ comme on le croyait, mais qu'elles avaient une longue histoire de déformation lente, et que de longues périodes d'érosion avaient façonné la Terre partout.

Au début du XIXe siècle, il était généralement admis que la Terre avait une longue histoire. Cependant, son âge restait à peine établi. Les uniformitaristes (Hutton 1788, Lyell 1830) imaginaient la Terre comme étant indéfiniment ancienne.

Les catastrophistes (Cuvier 1812, de Beaumont 1852, Buckland 1836) acceptaient que la Terre était ancienne ; ils dissentaient sur le type de changement et le rythme du changement qui s'étaient produits au cours de cette longue histoire.

Il n'existait pas d'estimation unique de l'âge de la Terre au milieu du XIXe siècle et aucun moyen fiable de parvenir à une telle estimation. Diverses tentatives ont été faites pour estimer l'âge de la Terre, en remontant à partir des taux de sédimentation et d'autres phénomènes géophysiques. Ces tentatives ont produit des estimations allant d'environ 100 millions d'années à plusieurs milliards d'années. Deux problèmes majeurs affectaient de tels efforts. Le premier est que l'histoire géologique était encore en cours de reconstruction. Le second est que les taux des processus physiques en question sont variables et que les connaissances à leur sujet étaient incomplètes.

À la fin du XIXe siècle, des physiciens, dotés d'une physique plus avancée que celle dont disposait Descartes, ont établi de nouvelles estimations de l'âge de la Terre et du Soleil. Deux questions fondamentales se sont alors posées : combien de temps faudrait-il à la Terre pour se refroidir de sa chaleur initiale de formation à sa température actuelle, et, compte tenu des sources d'énergie connues à l'époque, depuis combien de temps le Soleil brillait-il.

En 1862, Kelvin a estimé l'âge de la Terre à 98 millions d'années, sur la base d'un modèle du taux de refroidissement. C'était un âge minimum acceptable, cohérent avec la géologie. Plus tard, en 1897, il a révisé son estimation à la baisse, à 20-40 millions d'années. Cela était trop court pour que les géologues l'acceptent. Les estimations de l'âge du Soleil étaient également trop faibles pour être cohérentes avec la géologie.

Kelvin ne savait pas grand-chose sur la radioactivité et le réchauffement de la croûte terrestre par la désintégration radioactive ; pour cette raison, ses estimations étaient complètement erronées. De même, ce n'est qu'après le développement de la théorie de la relativité d'Einstein qu'il y eut une bonne explication de la façon dont le Soleil aurait pu briller aussi longtemps qu'il l'a fait.

Avant le développement de la datation radiométrique, les géologues ont établi les âges relatifs des roches en utilisant la stratigraphie (la colonne géologique) et ont effectué des estimations grossières des âges absolus en tenant compte des taux de sédimentation et d'érosion. La datation radiométrique permet la détermination précise des dates absolues. La première datation radiométrique a été réalisée en 1905 ; elle et les mesures subséquentes ont confirmé que la Terre avait plusieurs milliards d'années. Actuellement, la meilleure estimation de l'âge de la Terre est de 4,55 milliards d'années. Une chronologie étendue du développement de la datation radiométrique est donnée ci-dessous dans la section Chronologie de la datation radiométrique.

Il convient de comprendre que l'estimation des âges des roches par datation radiométrique est une technique entièrement distincte de la méthode au carbone 14 (C-14) pour dater les restes organiques. La datation radiométrique des roches repose sur la désintégration d'isotopes à longue durée de vie du potassium, du thorium et de l'uranium. La datation au carbone 14 repose sur la désintégration de l'isotope à courte durée de vie C-14 et est sans pertinence pour déterminer l'âge de la Terre.

Chronologie des écrits

1510 Leonardo Da Vinci : Sélection de notes de Leonardo Da Vinci. Dans ses carnets, Da Vinci médite sur des coquilles de mer fossiles et conclut qu'elles n'auraient pas pu être déposées par le déluge de Noé. Il a écrit :

« Si le Déluge avait transporté les coquilles sur des distances de trois ou quatre cents milles de la mer, il les aurait transportées mélangées à divers autres objets naturels, tous empilés ensemble ; mais même à de telles distances de la mer, nous voyons les huîtres toutes ensemble, ainsi que les mollusques et les calmars et toutes les autres coquilles qui se rassemblent, trouvées toutes ensemble mortes ; et les coquilles solitaires sont trouvées séparées les unes des autres, comme nous les voyons tous les jours sur les rivages de la mer.

« Et nous trouvons des huîtres ensemble en très grandes familles, parmi lesquelles on peut voir certaines avec leurs coquilles encore jointes ensemble, indiquant qu'elles ont été laissées là par la mer et qu'elles étaient encore vivantes lorsque le détroit de Gibraltar a été traversé. Dans les montagnes de Parme et de Plaisance, on peut voir encore collées aux rochers des multitudes de coquilles et de coraux avec des trous... »
1594 Loys le Roy : Du cours interchangeable ou de la variété des choses dans le monde entier. Le Roy admettait que la terre et la mer pouvaient changer de place et que les montagnes pouvaient être réduites en plaines et vice versa. Le Roy était vague sur les mécanismes réels. Il peut être considéré comme un des premiers uniformitaristes.
1625 Nathaniel Carpenter : Geography delineated forth in two Bookes Dans ce travail précoce, Carpenter a soutenu que le Déluge ne pouvait pas avoir été l'agent principal du changement géologique,
1634 Simon Stevin : Second Book of Geology. Stevin a complété Le Roy avec des arguments selon lesquels le vent et l'eau étaient suffisants en tant qu'agents primaires.
1637 René Descartes : Discours de la méthode. Descartes a construit une histoire de la Terre qui a été tout à fait influente ; elle a été le point de départ pour de nombreuses cosmogonies ultérieures. Certains des points principaux de son système étaient que la Terre s'est formée comme une boule de feu, que lorsqu'elle s'est refroidie, une croûte s'est formée sur les eaux abyssales, et que cette croûte s'est effondrée, libérant des volumes massifs d'eau.
1640 James Ussher : Un certain nombre d'auteurs ont calculé la date de la création, en utilisant les chronologies bibliques, les registres astronomiques et les chronologies historiques. Parmi celles-ci, la date d'Ussher, 4004 av. J.-C., est la plus célèbre. D'autres dates incluent 3928 av. J.-C. (John Lightfoot, 1644) et 5529 av. J.-C. (Théophile d'Antioche, 169).
1669 Nicholas Steno : Le Prodromus. Steno a réalisé l'analyse fondamentale de la façon dont les fossiles se sont encastrés dans la pierre. À partir de ses observations de terrain du paysage toscan, il a conclu que le Déluge était important mais n'expliquait pas complètement la géologie observée.
1681 Thomas Burnet : Théorie sacrée de la Terre. Le livre célèbre et largement lu de Burnet a retravaillé les spéculations de Descartes pour les adapter au récit biblique. Selon sa conception, la Terre avant le déluge était un ovoïde lisse. Au fil du temps, la surface s'est desséchée et les eaux abyssales se sont réchauffées. Finalement, la surface s'est fissurée, libérant les eaux abyssales lors du déluge de Noé.
1691 John Ray : La Sagesse de Dieu Manifestée dans les Œuvres de la Création. Ray a retravaillé la cosmogonie de Burnet. L'une des caractéristiques notables des œuvres de Ray fut la réflexion qu'il consacra aux sources possibles des eaux du déluge. Ray accepta qu'il y eut un échange continu entre la terre et la mer.
1693 Baron Leibnitz : Protogée. Leibnitz a retravaillé la cosmogonie de Descartes. Protogée a été publié beaucoup plus tard, en 1749.
1695 John Woodward : An essay toward a Natural History of the Earth. Woodward a soutenu avec force l'idée que le déluge était un acte de Dieu qui ne pouvait pas être expliqué par les processus physiques normaux. Il a également postulé un tri hydrologique pour expliquer l'ordre des fossiles.
1696 William Whiston : Une nouvelle théorie de la Terre.... Whiston a ajouté des comètes à la cosmogonie de Burnet comme source des eaux du déluge.
1705 Robert Hooke : Lectures and Discourse of Earthquakes and Subterranean Eruptions. Hooke croyait que les fossiles étaient les restes d'espèces éteintes et ne pouvaient pas être expliqués par le Déluge.

"Se demandant comment les actuelles zones terrestres étaient devenues sèches, il répond : 'cela pourrait provenir du Déluge de Noé, puisque la durée de celui-ci, qui n'était que d'environ deux cents jours naturels, ou six mois, ne pouvait offrir assez de temps pour la production et la perfection de tant et de si grands coquillages à pleine croissance, comme ceux qui sont ainsi trouvés le témoignent ; outre la quantité et l'épaisseur des lits de sable avec lesquels ils sont souvent trouvés mélangés, cela prouve qu'il doit y avoir eu un temps beaucoup plus long de séjour des mers au-dessus de la même, que cet espace si court ne peut offrir."
1748 Benoit de Maillet : Telliamed, ou Entretiens entre un Philosophe Indien et un Missionnaire Français sur la Diminution de la Mer. En utilisant la cosmologie de Descartes, l'hypothèse que la Terre a été entièrement inondée à un moment donné, et l'observation que le niveau de la mer baissait de trois pouces par siècle près de son domicile, il a calculé l'âge de la Terre à plus de deux milliards d'années.
1771 Peter Pallas : Observation sur la Formation des Montagnards.... Pallas a effectué des observations approfondies des montagnes russes. Il a observé les résultats des processus qui ont agi sur les montagnes, par exemple l'érosion, la déposition, et la fracturation et le soulèvement des strates. Il a soutenu que des événements catastrophiques occasionnels étaient à l'origine de la formation des montagnes.
1774 Comte de Buffon : Époques de la Nature. Buffon a supposé que la Terre avait commencé en fusion, mesuré les taux de refroidissement de sphères de fer, extrapolé à l'échelle de la planète, et calculé l'âge à environ 75 000 ans. Lui-même doutait que cette estimation fût beaucoup trop jeune et, dans des manuscrits publiés après sa mort, suggérait des chronologies plus longues, y compris une estimation d'environ 3 milliards d'années.
1778 Jean de Luc : Lettres Physique et Morales sur l'Histoire de la Terre et de l'Homme. L'œuvre de De Luc est « transitionnelle entre la spéculation du salon du seizième siècle et l'empirisme rigoureux du dix-neuvième siècle ». De Luc a accepté le récit biblique, y compris le déluge noachique ; cependant, il a supposé que les six jours de la création étaient six longues périodes de durée indéterminée.
1778 John Whitehurst : Une enquête sur l'état primitif de la Terre. Whitehurst a ajouté la notion d'une action marée drastique de la lune à la cosmogonie de Woodward.
1779 Horace-Benedict de Saussure: Voyages dans les Alpes. De Saussure a effectué de nombreuses observations sur les Alpes. Il a compris que les strates courbées avaient d'abord été déposées sous forme de couches horizontales et ont été déformées plus tard.
1787 Abraham Werner : Kurze Klassification und Beschreibung der verschiedener Gebirgsarten. Werner a reconnu l'importance de l'avance et du retrait successifs des océans pour la formation des couches de la Terre.
1788 James Hutton : Théorie de la Terre ; ou, une investigation des lois observables dans la composition, la dissolution et la restauration des terres sur le globe. Hutton est traditionnellement crédité d'être le père de la géologie moderne. Il fut le premier uniformitariste moderne. Hutton a soutenu que la Terre était d'une antiquité immense, passant par des changements via des processus lents sans catastrophes. La dernière phrase de l'œuvre de Hutton en 1788 est célèbre et est largement citée :

Le résultat, par conséquent, de notre enquête actuelle est que nous ne trouvons aucune trace d'un commencement - aucune perspective d'une fin.
1794 Robert Townson : Philosophy of Mineralogy. Townson était l'un des nombreux catastrophistes de la fin du 18e et du début du 19e siècle. Il a souligné que les travaux de terrain avaient révélé que les caractéristiques de la surface de la Terre ne pouvaient pas être expliquées par une seule Création et un déluge catastrophique, mais plutôt par des successions de formations et de changements dramatiques.
1794 Richard Sullivan : A View of Nature. Sullivan était un autre catastrophiste. Il a écrit :

Ainsi, la révolution succède à la révolution. Lorsque les masses de coquilles ont été amoncelées sur les Alpes, alors au sein de l'océan, il doit y avoir eu des parties de la terre, sans aucun doute sèches et habitées ; les restes végétaux et animaux le prouvent ; aucun étage jusqu'à présent découvert, avec d'autres étages au-dessus, n'a été, à un moment ou à un autre, la surface. La mer annonce partout ses différents séjours ; et elle donne au moins la conviction que tous les étages n'ont pas été formés à la même période.
1799 Robert Kirwan : Essais géologiques. Kirwan était un géologue scriptural. Bien qu'il suive principalement le récit biblique dans son compte rendu, la formation de la topographie de la Terre a pris plusieurs siècles. Les attaques virulentes de Kirwan contre Hutton ont eu pour effet de rendre Hutton beaucoup plus connu qu'il ne l'aurait été autrement.
1812 James Hall : Transactions of the Royal Society of Edinburgh. Hall a soutenu que les cycles de l'eau de Hutton étaient insuffisants pour expliquer les gros rochers tumulés dans les Alpes. Il a proposé de gigantesques vagues à l'échelle catastrophique qui ont déplacé la glace et les roches.
1812 Baron de Cuvier : Discours sur les Révolutions du Globe. Cuvier était le catastrophiste le plus connu et le plus influent. Ses recherches approfondies en géologie du bassin de Paris l'ont conduit à postuler une série de nombreuses catastrophes globales.
1820 William Buckland : Vindiciae Geologicae. En 1820, Buckland était un géologue biblique. Il écrivit donc :

De plus, le grand fait d'un déluge universel survenu à une époque non très lointaine est prouvé sur des bases si décisives et irréfutables que, si nous n'avions jamais entendu parler d'un tel événement dans les Écritures ou d'aucune autre autorité, la géologie elle-même aurait dû faire appel à l'assistance d'une telle catastrophe pour expliquer les phénomènes de l'action diluvienne qui nous sont universellement présentés et qui sont incompréhensibles sans avoir recours à un déluge exerçant ses ravages à une époque non plus ancienne que celle annoncée dans le livre de la Genèse.
1830 Charles Lyell : Principles of Geology. C'est l'ouvrage qui a « remporté » le débat entre catastrophisme et uniformitarisme. Lyell a énoncé quatre principes d'uniformité :
  • Uniformité de la loi (les lois naturelles sont restées les mêmes)
  • Uniformité du processus (les mêmes causes aujourd'hui qu'au passé)
  • Uniformité du rythme (les changements se sont produits au même rythme qu'aujourd'hui)
  • Uniformité de l'état (la Terre était à peu près la même au passé qu'elle est aujourd'hui)
En géologie moderne, il est généralement reconnu que Lyell a revendiqué trop dans les trois derniers principes. Des changements drastiques, bien que moins universels que ceux imaginés par les catastrophistes, se produisent de temps à autre. Il y a eu des changements significatifs d'état dus à des facteurs tels que le déclin de l'intensité des sources radioactives de chaleur, l'acquisition de l'oxygène en tant que composant atmosphérique majeur, la colonisation des terres par la vie, la tectonique des plaques et le bombardement d'astéroïdes.
1836 William Buckland : Géologie et minéralogie considérées en rapport avec la théologie naturelle. En 1836, Buckland avait abandonné le déluge de Noé comme source de changement géologique majeur. À la place, il postulait de nombreuses catastrophes antédiluviennes.
1852 Jean Baptiste de Beaumont : Notice sur des Systemes de Montagnes. De Beaumont était un catastrophiste relativement tardif. Il a soutenu que, à mesure que la Terre se refroidit, son volume diminue lentement. La réduction de volume provoque la formation de montagnes par un plissement catastrophique de la surface.
1857 Hugh Miller : Le Témoignage des Roches. Miller était un géologue créationniste très populaire. Il croyait que le déluge de Noé était un déluge local dans le Moyen-Orient et ne croyait pas à la théorie selon laquelle la Terre était jeune. À la page 324, il a écrit :

« Aucun homme qui connaisse les grandes lignes de la Paléontologie, ou la vraie succession des formations sédimentaires, n'a pu croire, au cours du dernier demi-siècle, qu'une preuve d'un déluge général puisse être déduite des systèmes géologiques *plus anciens* — Paléozoïque, Secondaire [Mésozoïque] ou Tertiaire. »
1862 Lord Kelvin : Sur le refroidissement séculaire de la Terre. En utilisant les principes de la thermodynamique et les mesures de la conductivité thermique des roches, Kelvin a calculé que la Terre s'était consolidée à partir d'un état fondu il y a 98 millions d'années. En 1897, il a révisé son estimation à 20-40 millions d'années. Dalrymple indique que les estimations de Kelvin étaient « hautement autoritaires » pendant trois décennies, mais note qu'elles ont été contestées par des personnes de plusieurs domaines, notamment T. H. Huxley, John Perry (un physicien) et T. C. Chamberlain (un géologue). Tous ont contesté la vraisemblance des hypothèses de Kelvin.
1893 Charles D. Walcott : Le temps géologique, tel qu'il est indiqué par les roches sédimentaires de l'Amérique du Nord. Walcott examine de manière détaillée les sédiments paléozoïques de la mer cordillérienne (juste à l'est des Sierra Nevada), en considérant des éléments tels que la superficie terrestre fournissant les sédiments et la granulométrie des sédiments. Il arrive à une estimation de 17,5 millions d'années pour le Paléozoïque et, sur la base des estimations relatives des autres ères par divers autres auteurs, 55 millions d'années pour la Terre.
1905 Ernest Rutherford : Dans les conférences Silliman à Yale, Rutherford a suggéré d'utiliser la radioactivité comme indicateur du temps géologique. L'idée était bonne, mais il y avait des problèmes pratiques. Initialement, peu de choses étaient connues sur la physique et la chimie des éléments radioactifs. L'instrumentation devait être améliorée. La section suivante section est une chronologie des événements clés dans l'établissement de l'âge de la Terre par datation radiométrique.

Chronologie de la datation radiométrique

Par Chris Stassen (avec une grande dette envers Dalrymple's The Age of the Earth)
Merci également à Richard Harter pour beaucoup d'aide.

La période 1896-1905 marque la découverte de la radioactivité et la prise de conscience que les roches pouvaient être datées par la désintégration radioactive.

1896 A. Henri Becquerel découvre que les composés contenant de l'uranium émettent des rayons invisibles similaires aux rayons X. (Les rayons X avaient été découverts en 1895 par Wilhelm Roentgen.)
1898 Marie et Pierre Curie coinventent le terme « radioactivité », prouvent que la radioactivité est une propriété des atomes (par opposition à la composition moléculaire), découvrent la radioactivité du thorium et identifient quelques-uns des produits intermédiaires des séries de désintégration de l'uranium et du thorium.
1902 Ernest Rutherford et Frederick Soddy démontrent la nature exponentielle de la désintégration radioactive.
1905 Dans un discours à Harvard, Ernest Rutherford suggère que les rapports uranium/hélium ou uranium/plomb pourraient théoriquement être utilisés pour calculer l'âge des roches.

À ce stade, le phénomène de la désintégration radioactive était toujours très mal compris. Les produits intermédiaires et les produits finaux n'étaient pas connus avec certitude. Les taux de désintégration étaient entièrement inconnus, sauf celui du radium (un produit intermédiaire à courte durée de vie que les Curies avaient identifié et isolé). Les chercheurs étaient inconscients du fait qu'il peut exister plusieurs isotopes d'un même élément, chacun ayant un taux de désintégration différent.

Cependant, cela n'a pas empêché les géologues d'effectuer plusieurs mesures d'uranium/hélium et d'uranium/plomb au cours des années suivantes. Dans de nombreux cas, les travaux ont été réalisés sur des roches dont les âges relatifs étaient déjà connus indépendamment, afin d'évaluer si les rapports d'éléments étaient corrélés à l'âge relatif. Il a été découvert que l'uranium/hélium n'est généralement pas fiable car l'hélium n'est pas conservé de manière constante.

1907 B.B. Boltwood effectue des mesures qui indiquent que le plomb est un produit final de la désintégration de l'uranium, car sa abondance est fortement corrélée à l'âge relatif des minéraux contenant de l'uranium. Boltwood tente quelques âges uranium/plomb simples, en extrapolant le taux de désintégration de l'uranium à partir de l'hypothèse d'un équilibre de désintégration et du taux de désintégration du radium préalablement mesuré. (Lorsqu'une série de désintégration a atteint l'équilibre, le rapport des quantités d'éléments présents est égal au rapport de leurs taux de désintégration.)
1911 Arthur Holmes publie plusieurs âges uranium/plomb basés principalement sur des mesures effectuées par Boltwood et une valeur améliorée du taux de désintégration de l'uranium. Ces âges varient de 340 millions d'années (un échantillon du Carbonifère) à 1 640 millions d'années (un échantillon du Précambrien).

Les calculs de Holmes sont appelés âges chimiques (à l'opposé des âges isotopiques) car ils sont dérivés de rapports d'éléments sans égard aux isotopes. En 1911, les géologues ne connaissaient pas les isotopes, ni tous les produits de désintermédiation entre l'uranium et le plomb, ni que le plomb était également produit par la désintégration du thorium. En conséquence de ne pas compenser ces facteurs (alors inconnus), les âges calculés sont trop élevés.

Même si les âges de Holmes sont incorrects, ils se révèlent finalement des estimations bien meilleures que les meilleures disponibles jusqu'alors pour les géologues (qui étaient basées sur des processus non uniformes et peu fiables tels que les taux de sédimentation). Les âges de Holmes pour les échantillons du Phanérozoïque (Cambrien ou plus récent) sont à moins de 20 % des valeurs données par les méthodes modernes. Cependant, au début des années 1900, les résultats de Holmes semblaient entrer en conflit avec d'autres méthodes couramment utilisées, et ils ne rencontrèrent pas une acceptation immédiate de tous les côtés.

1913 J.J. Thompson observe que les atomes de néon ont deux poids atomiques différents (20 et 22), en utilisant un équipement qu'il appelle un appareil « à rayons positifs ». L'existence des isotopes est confirmée. Malheureusement, il faudra beaucoup de temps pour accumuler des connaissances significatives sur les isotopes pertinents pour la datation géologique. Les méthodes de datation chimique ne céderont pas entièrement la place aux méthodes de datation par isotope avant presque 1940.
1917 J. Barrell publie une échelle de temps Phanérozoïque basée sur les âges chimiques produits par Holmes (1911), et des interpolations impliquant des méthodes moins quantitatives. Les divisions de l'échelle de temps se situent assez près des valeurs acceptées aujourd'hui. Par exemple, Barrell place la limite Cénozoïque-Mésozoïque (Crétacé-Tertiaire) à il y a 55-65 millions d'années (valeur actuelle : 65 millions d'années), et la base du Cambrien à il y a 360-540 millions d'années (valeur actuelle : 570 millions d'années).
1920 F.W. Aston améliore l'appareil à rayons positifs de Thompson (1913) et invente ce qu'il appelle un « spectromètre de masse ». En utilisant cet appareil, il découvre un troisième isotope du néon avec un poids atomique de 21. Aston consacre le reste de sa vie à améliorer la conception et la précision de son appareil, et découvre au fil du temps 212 des 287 isotopes naturellement présents.

La période initiale a été marquée par le développement des connaissances et des techniques, ainsi que par l'évaluation des âges des roches et des formations individuelles. Cependant, les chercheurs ont commencé à réaliser que les mêmes méthodes promettaient d'évaluer l'âge de la Terre.

Calculer l'âge de la Terre introduit une complexité supplémentaire : même si l'on admet que l'on peut obtenir des âges précis pour les roches, il n'y a aucune garantie que l'âge d'une roche donnée corresponde à celui de la Terre. Il faudrait soit trouver des roches formées au même moment que la Terre, soit développer des techniques de datation capables de « remonter » à travers des événements plus récents jusqu'à la formation de la Terre.

1921 Henry Russell calcule une limite supérieure chimique de huit milliards d'années pour l'âge de la croûte terrestre, basé sur les estimations de sa teneur totale en uranium et en plomb. En utilisant l'âge des minéraux précambriens les plus anciens (à cette époque) comme minimum pour l'âge de la Terre, Russell déclare :

En prenant la moyenne de cette valeur et de la limite supérieure trouvée ci-dessus à partir du rapport entre l'uranium et le plomb, nous obtenons 4 x 109 ans comme une approximation grossière de l'âge de la croûte terrestre.
(Russell 1921, cité dans Dalrymple 1991)
1927 Arthur Holmes publie un livret sur l'âge de la Terre, qui devient assez populaire. Ce livret contient une version révisée du calcul de Russell, basée sur des estimations différentes de la quantité totale d'uranium et de plomb dans la croûte terrestre. Holmes suggère que l'âge de la Terre se situe entre 1,6 et 3 milliards d'années. Vingt ans après les premières tentatives sérieuses de datation par désintégration radioactive (Boltwood 1907), le nombre total d'âges minéraux calculés est encore si petit que Holmes peut les résumer tous dans un seul tableau court.

Entre 1921 (l'estimation de Russell) et environ la Seconde Guerre mondiale, un certain nombre d'âges chimiques similaires pour la croûte terrestre ont été calculés et publiés. Ceux-ci incluent : 3,4 milliards d'années (Rutherford 1929) ; 4,6 milliards d'années (Meyer 1937) ; et 3 à 4 milliards d'années (Starik 1937).

1927b F.W. Aston réalise les premières mesures des rapports isotopiques du « plomb commun ». À cette époque, il était déjà connu que le plomb trouvé en association avec l'uranium avait un poids atomique relativement faible, mais il semblait que tout autre plomb (connu sous le nom de « plomb commun ») avait le même poids atomique. (Le poids atomique plus faible du plomb en association avec l'uranium est dû à l'enrichissement en 206Pb issu de la désintégration de 238U. Le 206Pb est plus léger que le poids atomique du plomb commun, qui est d'environ 207,2.)
1937 Alfred Nier commence une série de mesures soignées sur la composition isotopique du plomb commun. Il découvre que les rapports isotopiques du plomb commun peuvent varier considérablement, même dans des cas où le poids atomique ne varie pas. Les isotopes radiogéniques de plomb les plus courants -- 208Pb (provenant de 232Th) et 206Pb (provenant de 238U) -- ont en moyenne un poids atomique approximativement égal à celui du « plomb commun ». Tant que les deux sont ajoutés en quantités approximativement égales, la composition isotopique (par rapport au 204Pb) serait modifiée, mais le poids atomique ne le serait pas.

Nier conclut que les variations de la composition isotopique du « plomb commun » sont dues à un mélange en degrés variables entre le plomb radiogénique et le plomb « primitif » (qui existait dans un rapport isotopique fixe, mais inconnu à ce stade de l'histoire, au moment de la formation de la Terre).
1941 Alfred Nier obtient et mesure certains minerais de plomb anciens qui présentent les rapports 207Pb/204Pb et 206Pb/204Pb les plus faibles de tous les rochers découverts à ce jour. (204Pb n'est pas produit par désintégration radioactive, tandis que tous les autres isotopes stables du plomb le sont. Plus le rapport des autres isotopes de plomb par rapport au 204Pb est faible, moins il y a de plomb radiogénique présent.) Nier spécule que ces rapports représentent approximativement les rapports isotopiques « primitifs » du plomb.
1941b E. Gerling utilise les rapports isotopiques « primitifs » du plomb de Nier (1941) pour créer des courbes de croissance isotopique du plomb, et utilise celles-ci pour estimer un âge minimum de 3,2 milliards d'années pour la croûte terrestre. En procédant ainsi, Gerling met au point la technique de base qui produira à terme un âge précis pour la Terre et le système solaire.

Malheureusement, les calculs originaux de Gerling sont incorrects principalement parce que le minerai de plomb ancien de Nier n'est pas véritablement « primitif » en composition. Bien que le résultat de Gerling soit à moins de 30 % de l'âge réel de la Terre, il ne représente qu'une bonne mesure de l'âge des échantillons de Nier plutôt que l'âge de la planète elle-même.
1944 Pendant la Seconde Guerre mondiale, la recherche intensive sur la bombe atomique conduit à des améliorations fantastiques des équipements pour l'identification et l'analyse des isotopes. Il devient possible de détecter des quantités infimes d'isotopes spécifiques et de mesurer leur abondance avec une grande précision.
1946 Alfred Nier améliore la conception du spectromètre de masse et son atelier de mécanique en construit des dizaines de ces appareils. La disponibilité généralisée de ce matériel permet à un bien plus grand nombre de chercheurs de s'engager dans l'étude de la géologie isotopique. Dès le début des années 1950, les universités du monde entier disposent de laboratoires dédiés à la réalisation d'évaluations d'âges isotopiques.
1946b Arthur Holmes produit des calculs basés sur les données de Nier (1941). Holmes était ignorant du travail de Gerling (1941b) et a tenté une technique légèrement différente. Les calculs de Holmes aboutissent à une large gamme de valeurs ; lorsqu'ils sont représentés sur un histogramme, un pic évident des mesures apparaît vers environ 3,3 milliards d'années (une figure similaire à celle de Gerling).

Le calcul de Holmes implique l'hypothèse que le plomb sur la Terre avait été séparé une fois il y a longtemps et que les unités individuelles avaient été laissées évoluer le long de courbes de croissance isotopique indépendantes. En raison de l'incorrectitude de cette hypothèse, Holmes interprète à tort la dispersion autour d'une seule courbe de croissance comme un nombre de courbes de croissance indépendantes. Son travail visant à retracer les « courbes indépendantes » jusqu'à leur point d'intersection mutuel ne donne pas de résultats significatifs.
1946c F. Houtermans effectue indépendamment des calculs similaires à ceux de Holmes (1946b) et présentant les mêmes défauts essentiels. Son travail est remarquable en ce qu'il est le premier à souligner que les données sur différentes courbes de croissance isotopique seraient collinéaires si elles partaient du même point, et pour ces lignes, il invente le terme « isochrones » (aujourd'hui connu sous le nom de «isochrones»).

Dès 1946, les équipements et la compréhension du processus de désintégration étaient suffisamment matures pour permettre une évaluation précise de l'âge de la Terre. Il avait été amplement établi que la datation par isotopes pouvait fournir des résultats précis et significatifs. Cependant, le principal problème restant était toujours le même que celui d'il y a presque trente ans : exactement comment appliquer les techniques, et à quoi les appliquer, afin d'obtenir un âge pour la Terre.

L'évaluation des courbes de croissance isotopiques du plomb (un peu injustement attribuée à Gerling, connue sous le nom de modèle Holmes-Houtermans) offre des perspectives, car elle permet de remonter à travers les événements récents jusqu'à un point d'origine. Cependant, la clé -- et toujours manquante -- des données nécessaires pour utiliser une telle méthode serait les rapports isotopiques du plomb au moment de la formation de la Terre (c'est-à-dire celui du plomb « primordial »).

1953 Clair C. Patterson produit des mesures isotopiques du plomb « primordiales » précises à partir de minéraux du météorite Canyon Diablo qui contiennent très peu (moins de dix parties par milliard) d'uranium. Les météorites apportent la solution définitive à l'énigme, car elles sont à la fois des « roches formées au même moment que la Terre » et fournissent les données importantes qui permettent aux calculs isotopiques du plomb de remonter à la formation de la Terre. Il n'existait auparavant aucun moyen d'évaluer directement l'âge de la Terre ; une fois les météorites impliquées, soudainement, plusieurs méthodes indépendantes sont apparues.

Dans un récent numéro de la revue Caltech Alumni Magazine, Clair Patterson a discuté des idées qui ont mené à cette mesure :

[Harrison] Brown avait élaboré ce concept selon lequel le plomb dans les météorites de fer était le type de plomb présent dans le système solaire lors de sa formation initiale, et qu'il était préservé dans les météorites de fer sans changement par la désintégration de l'uranium, car il n'y a pas d'uranium dans les météorites de fer. [...] Il existe deux isotopes de l'uranium qui se désintègrent en deux isotopes différents du plomb, et il y a aussi le thorium, qui se désintègre en un autre isotope du plomb. Vous avez donc trois isotopes différents du plomb. Et tout cela devient confus. Vous avez toutes ces équations d'âge séparées pour les différents isotopes de l'uranium et les différents isotopes du plomb qui se sont formés. [...] Si nous savions seulement quelle était la composition isotopique du plomb primordial dans la Terre au moment de sa formation, nous pourrions prendre ce nombre et l'introduire dans cette merveilleuse équation que les physiciens atomiques avaient élaborée. Et vous pourriez faire tourner la manivelle et cliquer – et l'âge de la Terre apparaîtrait.
(Patterson 1997)
1953b F.G. Houtermans utilise les données de Patterson (1953) et les rapports isotopiques du plomb des sédiments terrestres jeunes, pour calculer un âge approximatif de la Terre de 4,5 ± 0,3 milliards d'années. Ces résultats représentent la première publication de la valeur correcte par un calcul valide.

Cependant, les calculs de Houtermans sont essentiellement des isochrones basées sur deux points de données (un point de données pour les météorites de fer, un autre pour les sédiments terrestres jeunes). Sans données supplémentaires pour lier la Terre et les météorites à une source commune, les valeurs calculées ne sont pas garanties d'être significatives.
1956 Clair C. Patterson publie un âge isochrone pour le système solaire (et donc pour la Terre) de 4,55 ± 0,07 milliards d'années. Le calcul de l'âge est basé sur l'analyse des isotopes du Pb de cinq météorites. Patterson souligne que les données pour les sédiments terrestres jeunes tombent sur la même isochrone ; cela implique que la Terre partage une origine commune avec les météorites datées. Bien que seulement quelques météorites aient été datées à ce stade, et que les âges individuels des météorites existants n'étaient pas très précis, ils concordent également avec l'âge isochrone.
1998 Une grande quantité de données a été collectée depuis les travaux de Patterson (1953, 1956) et de Houtermans (1953b). La précision des instruments s'est améliorée. De nombreuses météorites supplémentaires ont été échantillonnées et datées. Des roches lunaires ont été échantillonnées et datées. Les constantes de désintégration ont été mesurées avec plus de précision. De nouvelles techniques ont été conçues, testées et appliquées.

L'arrivée de ces nouvelles données a deux effets : (1) certaines nouvelles données peuvent être utilisées pour améliorer la précision des calculs originaux ; et (2) de nouvelles mesures indépendantes confirment les mesures originales. Par pur hasard, toutes les ajustements (par exemple, les valeurs actuelles des constantes de désintégration) apportés au calcul de Patterson de 1956 se sont annulés mutuellement. L'estimation actuelle la plus précise de l'âge des météorites (4,55 ± 0,02 milliards d'années) est identique à la valeur de Patterson, sauf pour la plage d'erreur plus petite. Cette valeur a été confirmée des dizaines de fois.

L'estimation actuelle la plus précise de l'âge de la Terre est la même que celle des météorites : 4,55 ± 0,02 milliards d'années. Dans le cas où l'on souhaite être particulièrement prudent dans la communication d'une valeur, l'utilisation de la plage d'erreur très généreuse de 4,5 ± 0,1 milliard d'années est presque certaine d'inclure également les changements futurs.

Pour plus de détails sur ce sujet, je recommande vivement l'ouvrage de G. Brent Dalrymple The Age of the Earth.

Références

La plupart des références et citations dans le Chronology ont été prises de l'Catastrophism de Richard Huggett. Cette œuvre offre une vue synoptique des perspectives changeantes tant sur les transformations du monde inorganique que du monde organique. L'ouvrage de Dalrymple Age of the Earth constitue une source standard pour comprendre comment l'âge de la Terre est déterminé.

Russell, H.N., 1921. Une limite supérieure à l'âge de la croûte terrestre dans Proceedings of the Royal Society of London, série A, vol. 99, pp. 84-86.

Dalrymple, G. Brent, 1991. L'Âge de la Terre. Californie : Stanford University Press, ISBN 0-8047-1569-6.

Richard Huggett, Catastrophism, 1997, Verso, ISBN 1-85984-129-5.

Hugh Miller, The Testimony of the Rocks, 1857, Gould et Lincoln : Boston

Patterson, C.C., 1953. « La composition isotopique des plomb météoritiques, basaltiques et océaniques, et l'âge de la Terre » dans Proceedings of the Conference on Nuclear Processes in Geologic Settings, Williams Bay, Wisconsin, 21-23 septembre 1953. pp. 36-40.

Patterson, Clair C., 1997. Soup de canard et plomb dans Ingénierie et sciences (Magazine des anciens élèves du Caltech) volume LX, numéro 1, pp. 21-31.

Russell, H.N., 1921. Une limite supérieure à l'âge de la croûte terrestre dans Proceedings of the Royal Society of London, série A, vol. 99, pp. 84-86.

Remerciements

Je tiens particulièrement à remercier Mark Isaak qui m'a fourni un certain nombre de références qui ne m'étaient pas accessibles, Chris Stassen pour la section sur l'histoire de la datation radiométrique, et Andrew MacRae pour les informations concernant Hugh Miller et son ouvrage The Testimony of the Rocks.