L'histoire de l'âge de la Terre

9.1 Introduction : depuis combien de temps la Terre existe-t-elle, et

comment peut-on le savoir ?

Voici une question que tout le monde comprend et que personne ne peut trancher en regardant. La Terre a un âge. Lequel ? Il n'existe aucun témoin, aucune archive, aucun compteur qui aurait tourné depuis le début. Et pourtant la réponse est aujourd'hui connue avec une précision remarquable : $4,57$ milliards d'années, à quelques millions d'années près.

Ce chiffre a mis trois siècles à s'imposer, et son histoire est l'une des plus riches de toute la science. Elle met en scène un naturaliste qui chauffe des boulets de fer dans sa forge, un physicien célèbre qui se trompe pour d'excellentes raisons, des géologues qui ont raison sans pouvoir le démontrer, un biologiste qui a besoin de temps et qu'on accuse de rêver, et enfin un phénomène découvert par hasard — la radioactivité — qui tranche définitivement un débat vieux de deux cents ans.

Le programme demande de connaître quatre arguments : le temps de refroidissement, les empilements sédimentaires, l'évolution biologique, la radioactivité. Ce n'est pas une liste à réciter. C'est une leçon sur la façon dont un savoir se construit, et surtout sur la façon dont il se corrige.

9.2 Un âge hors de portée de l'intuition

9.2.1 Un million, un milliard

Un million de secondes font onze jours et demi. Un milliard de secondes font trente-deux ans. Le rapport entre les deux mots est le même qu'entre une pause de midi et une carrière entière : notre langage les met côte à côte, notre intuition ne les distingue pas.

L'âge de la Terre vaut $4,57\times 10^9$ ans. La vie humaine, $80$ ans. Le rapport est de $57$ millions. L'histoire écrite, $5000$ ans : le rapport est encore de $900000$. Aucune expérience quotidienne ne prépare à ces échelles ; il faut donc les construire par un artifice.

L'histoire de la Terre sur une frise à l'échelle, et la même

histoire ramenée à une année civile. Tout ce que nous appelons « l'histoire » — l'écriture, les empires, la science — tient dans la dernière minute du

$31$ décembre.

9.3 Deux siècles et demi de réponses

Avant d'entrer dans le détail, voici la carte du terrain : toutes les grandes estimations publiées depuis $1650$, portées sur un graphique dont l'axe vertical est gradué en puissances de dix — sans quoi rien ne serait lisible, puisque les valeurs proposées s'étalent sur sept ordres de grandeur.

Les estimations successives de l'âge de la Terre, de $1650$ à

nos jours. L'axe vertical est logarithmique : chaque graduation vaut dix fois la précédente. La couleur indique le type d'argument employé. On voit d'un coup d'œil le saut brutal de $1907$, quand la radioactivité entre en scène, et la

stabilisation après $1956$.

9.4 Avant la mesure : compter les générations

Jusqu'au XVII^e siècle, la question de l'âge de la Terre ne relève pas des sciences de la nature mais de l'exégèse des textes. En Europe, plusieurs auteurs additionnent les générations des récits bibliques. Le plus célèbre est l'archevêque irlandais James Ussher, qui publie en $1650$ ses Annales de l'Ancien Testament : la création aurait eu lieu en $4004$ avant notre ère. La Terre aurait donc, de son temps, un peu moins de $5700$ ans.

Il faut lire ce travail pour ce qu'il est. Ussher est un érudit méticuleux ; son calcul est rigoureux à l'intérieur de ses prémisses. Mais ces prémisses ne sont pas des observations de la nature : ce sont des textes. Le résultat n'est donc pas réfutable par une mesure, et c'est en cela — et en cela seulement — qu'il n'appartient pas à la science de la nature.

Deux ruptures préparent le changement.

• $1669$ — Nicolas Sténon (Niels Stensen), médecin danois installé en Toscane, publie un court traité où il énonce ce qui deviendra le socle de la géologie : dans une série de couches non déformées, chaque couche est plus récente que celle qu'elle recouvre (principe de superposition), et les couches se sont déposées à l'horizontale. Sténon ne donne aucune durée. Il donne quelque chose de plus fondamental : un ordre. La Terre a une histoire, et cette histoire est écrite dans les roches.
• $1788$ — James Hutton observe en Écosse, à Siccar Point, des couches verticales recouvertes par des couches horizontales. Pour en arriver là, il a fallu déposer, redresser, éroder, puis déposer de nouveau. Hutton en tire une conclusion vertigineuse : les processus qui façonnent la Terre sont lents et continus, et le temps disponible paraît sans limite. Il écrit qu'il n'y voit « aucun vestige d'un commencement, aucune perspective d'une fin ».

9.5 Premier argument : le temps de refroidissement

9.5.1 Buffon et ses boulets

Georges-Louis Leclerc, comte de Buffon ($1707$-$1788$), est le premier à transformer la question en expérience. Son raisonnement tient en trois pas.

• La Terre est née incandescente — il imagine un fragment arraché au Soleil par une comète.
• Depuis, elle se refroidit. Sa température actuelle mesure donc le temps écoulé.
• Pour calibrer, on peut refroidir des sphères de fer au laboratoire, ce qui est facile, et extrapoler à la sphère terrestre, ce qui l'est moins.

Dans sa forge de Montbard, Buffon fait chauffer au rouge des boulets de fer de diamètres croissants et chronomètre leur refroidissement. Il constate que la durée est proportionnelle au diamètre, extrapole aux $12742$ km de la Terre, corrige pour tenir compte de la composition du globe, et publie en $1778$, dans Les Époques de la Nature, un chiffre d'une précision suspecte : $74832$ ans.

L'expérience de Buffon : mesurer sur des boulets, extrapoler à

la planète. La démarche est irréprochable dans sa forme — calibrer un modèle sur une expérience contrôlée, puis l'appliquer à un cas hors de portée. C'est

l'hypothèse de départ, et non le calcul, qui est fausse.