enseignement scientifique (première) · Chapitre 9 · Exercice de TD
Les boulets de Buffon
L'histoire de l'âge de la Terre · niveau 2
Énoncé
Un boulet de fer de cm de diamètre, chauffé au rouge, met minutes pour redevenir manipulable. Buffon admet que cette durée est proportionnelle au diamètre. Le diamètre de la Terre vaut km. 1. Combien de temps mettrait un boulet de cm ? 2. Extrapoler à la Terre et exprimer le résultat en années. 3. La physique de la conduction thermique donne en réalité une durée proportionnelle au carré du diamètre. Refaire l'extrapolation. 4. Commenter les deux résultats. 5. Quelle est la véritable faille du raisonnement ?
Corrigé
1. Le diamètre est multiplié par , donc la durée aussi : minutes.
2. km cm, soit fois cm. La durée serait Une année compte minutes, d'où
3. Avec un carré, le facteur devient , d'où minutes, soit environ ans — deux mille milliards d'années.
4. Les deux résultats encadrent la vérité de façon absurde : le premier est cent millions de fois trop petit, le second cinq cents fois trop grand (et même supérieur à l'âge de l'Univers). Un changement d'exposant dans une loi d'échelle, appliqué sur huit ordres de grandeur, produit des écarts colossaux. Toute extrapolation lointaine est fragile, et d'autant plus que le facteur d'échelle est grand.
5. Elle n'est ni dans l'exposant ni dans l'arithmétique : elle est dans le modèle. Le calcul suppose une sphère qui part chaude et n'a aucune source interne de chaleur. Or la Terre en a une, la radioactivité, qui compense une part importante de ses pertes. Un objet chauffé de l'intérieur ne refroidit pas comme un boulet, et son état thermique actuel ne renseigne plus sur son âge.
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