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Première · Enseignement scientifique · Chapitre 3

La Terre, un astre singulier : sa forme, son âge, sa place

Ce que tu sauras faire

  • Donner des preuves de la rotondité de la Terre, de l'Antiquité à nos jours.
  • Calculer la longueur du méridien terrestre par la méthode d'Ératosthène, puis en déduire le rayon de la Terre.
  • Expliquer le principe de la triangulation de Delambre et Méchain, et d'où vient le mètre.
  • Calculer la distance à l'horizon à partir du rayon de la Terre.
  • Repérer un point par sa latitude et sa longitude, et comparer les longueurs de deux chemins entre deux points du globe.
  • Accompagner toute mesure de son incertitude, et en tirer un nombre de chiffres significatifs honnête.
  • Interpréter les arguments historiques — refroidissement, sédiments, évolution, radioactivité — qui ont conduit à l'âge de 4,57 milliards d'années.
  • Interpréter l'aspect de la Lune dans le ciel et discuter la controverse entre géocentrisme et héliocentrisme.

Au programme du chapitre

  1. Une boule — et comment on l'a su
  2. Ératosthène : deux ombres, une planète
  3. Du méridien au rayon — et au mètre que tu emploies
  4. Une mesure sans son incertitude n'est pas une mesure
  5. Se repérer sur une sphère, et y mesurer des chemins
  6. L'âge de la Terre : quatre arguments, trois siècles
  7. La radioactivité, l'horloge qui a tranché
  8. La Terre dans l'Univers : une place, une Lune, de l'eau

Exercices corrigés

Exercice 1

Pourquoi l'âge de la Terre est-il déterminé sur des météorites plutôt que sur des roches terrestres ?
Un coup de pouce
Une horloge radioactive mesure le temps depuis quel événement, exactement ?
Voir la correction pas à pas

Parce que les roches terrestres ne sont plus les roches d'origine. Depuis 4,57 milliards d'années, la Terre est active : ses roches sont érodées, enfouies, fondues, recristallisées, remontées. Une horloge radioactive ne mesure pas l'âge de la matière, mais le temps écoulé depuis la dernière fermeture du système, c'est-à-dire depuis la dernière cristallisation. Chaque refonte remet l'horloge à zéro.

Les météorites, elles, sont des débris du système solaire primitif qui n'ont jamais été retravaillés : elles ont conservé leur horloge d'origine. En les datant, on date la formation du système solaire, donc de la Terre elle-même. C'est la démarche que Clair Patterson publie en 1956 à partir de la météorite de Canyon Diablo.

Remarque au passage que les plus vieilles roches continentales connues sont sensiblement plus jeunes que la planète — et que ce n'est pas une contradiction, mais exactement ce que le raisonnement prévoit.

Exercice 2

Un élève écrit : « le rayon de la Terre vaut 6 399,27 km ». Un autre écrit : « le rayon de la Terre vaut (6 400 plus ou moins 30) km ». Laquelle des deux réponses est la meilleure, et pourquoi ?
Un coup de pouce
Combien de chiffres le premier élève prétend-il connaître, et son expérience les lui donne-t-elle ?
Voir la correction pas à pas

La seconde, sans hésitation — et ce n'est pas une question de politesse envers l'incertitude, c'est une question d'honnêteté.

Le premier élève annonce six chiffres significatifs. Il prétend donc connaître le rayon terrestre au dixième de kilomètre près, c'est-à-dire à 100 mètres près. Rien dans sa mesure ne le permet : une ombre relevée au millimètre sur un gnomon d'un mètre donne l'angle à quelques centièmes de degré, ce qui laisse une marge de plusieurs dizaines de kilomètres sur le rayon.

Le second donne deux informations : sa valeur, et le domaine dans lequel il l'affirme. Sa réponse est vérifiable — on peut lui demander si la valeur de référence, 6 371 km, tombe dans son intervalle, et la question a un sens. On ne peut rien demander de tel au premier.

Règle à retenir : l'incertitude fixe le dernier chiffre écrit. Si l'incertitude est de 30 km, le dernier chiffre significatif est celui des dizaines de kilomètres, et tout ce qui suit est du bruit présenté comme de la connaissance.

Les pièges à éviter

  • Employer l'un des deux angles mesurés au lieu de leur différence dans la méthode d'Ératosthène.
  • Inverser la proportion et écrire C=d×α360C = d \times \dfrac{\alpha}{360}.
  • Mélanger les unités dans la formule de l'horizon : un rayon en kilomètres et une hauteur en mètres.
  • Annoncer une mesure sans son incertitude, ou avec six chiffres significatifs.

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