Fourier : l’Age de la Terre

Pour un développement complet des éléments scientifiques de ce billet, le lecteur pourra consulter avec bonheur les cours en ligne de l’université de Lyon.

 

Fourier : l’Age de la Terre

Fourier mis au point dès 1807 les méthodes qui permettent d’étudier l’évolution de la chaleur dans les corps conducteurs, via certaines équations aux dérivées partielles. Il obtient la formule :

 où ? désigne le gradient de température en surface au temps t, t est le temps écoulé depuis les conditions initiales. Cette formule permet aussi à partir des températures initiale et finale de déterminer le temps qui s’est écoulé entre les deux :

L’élégance de cette formule, qui intègre harmonieusement tous les paramètres du problème, explique qu’on lui accorda un grand crédit.

Si cette formule est bonne pour un boulet de canon, elle doit aussi s’appliquer à la Terre que l’on peut supposer au départ en fusion à la température de fusion du fer, qui constitue une bonne part de son noyau. Fourier a envisagé cette application de l’équation qu’il avait établie.

Fourier n’est pas le premier à étudier l’âge de la Terre. Dans les années 1650, Ussher, avait fixé à 4004 avant Jésus-Christ la date de la Création. Ensuite, à la fin du dix-huitième siècle, Buffon (1707-1788) suivant l’idée que la Terre avait été jadis une boule de feu qui, peu à peu, s’était refroidie pour donner le globe tiède sur lequel nous vivons  fait des expériences dans les forges de Montbard sur le temps de refroidissement de globes de fer portés à température de fusion. Comme la Terre n’est pas du fer, il fit façonner d’autres boules de métaux divers, de marbre et d’argile. Il pratiqua ainsi une multitude d’expériences de physique. Tout cela pour aboutir au résultat suivant : la Terre aurait 75 000 ans. Pour courte que cette durée nous paraisse, elle était très choquante pour l’époque, Buffon jugeait lui-même la durée qu’il avait calculée trop courte au regard de ce qu’il estimait nécessaire au dépôt des couches de sédiments et au temps qu’il avait fallu pour les changer en roche. On sait sa pensée parce que l’on a gardé ses manuscrits sur ce point, documents rescapés, car habituellement il les brûlait. Ces manuscrits comportent des évaluations beaucoup plus longues, qui vont jusqu’à presque 3 millions d’années. Redoutant sans doute le scandale, car il avait déjà eu affaire à la Sorbonne qui, jugeant son « Histoire naturelle » peu catholique, l’avait contraint à de pénibles protestations d’orthodoxie, il les garda pour lui, pensant, comme il l’avait écrit à un intime, qu’il « valait mieux être plat que pendu ».

Il est probable que Fourier connaissait cela et soupçonnait les réticences qui accueilleraient le résultat de ses calculs. Fourier n’effectue donc pas l’application numérique, de sorte qu’Arago en 1833 dans l’éloge de Fourier conclura prudemment : « Je commettrais, cependant, un oubli sans excuse, si je ne disais que parmi les formules de Fourier, il en est une, destinée à donner la valeur du refroidissement séculaire du globe, et dans laquelle figure le nombre de siècles écoulés depuis l’origine de ce refroidissement. La question, si vivement controversée, de l’ancienneté de notre terre, même en y comprenant sa période d’incandescence, se trouve ainsi ramenée à une détermination thermométrique. Malheureusement ce point de théorie est sujet à des difficultés sérieuses. D’ailleurs la détermination thermométrique, à cause de son excessive petitesse serait réservée aux siècles à venir.»

Il est impensable qu’Arago (tout comme Fourier) n’ait pas effectué les calculs liés à l’application numérique de la formule (à une époque où la discussion portait sur les temps qui restaient à la Terre pour devenir un astre glacé inhabitable la réponse à cette question hantait les esprits).

 Quarante ans après Fourier, Lord Kelvin (1824-1907), reprend les calculs de Fourier, améliore l’argumentation et réalise l’application numérique. Le problème de l’âge de la Terre allait obséder Kelvin pendant plusieurs décennies, et le mettre au centre d’une controverse au point de faire oublier la contribution de Fourier, tout le monde ou presque étant maintenant persuadé que la formule est due à Kelvin.

Utilisant les meilleurs valeurs connues à son époque, Kelvin obtient pour la Terre un âge de l’ordre de 100 millions d’années. Même en tenant compte des marges d’incertitude, il estime très improbable que la Terre soit âgée de plus de 400 millions d’années ; et il complète son calcul par d’autres arguments indépendants, qu’il développe sur un le ton polémique.

En effet, dans les années 1860, ces valeurs sont incompatibles avec les théories géologiques dites gradualistes ; et bien sûr avec la théorie de la sélection naturelle de Darwin. Darwin (1809-1882) estime que sa théorie ne peut tenir debout dans une échelle de temps aussi réduite ; entre la première édition de son Origine des espèces (1859) et la dernière édition (1872), il insèrera des modifications prudentes, demandant une suspension de jugement jusqu’à ce que les connaissances en la matière soient plus sûres. Kelvin quant à lui semble avoir pensé être en possession d’une preuve de l’existence de Dieu, ou peu s’en faut (si les échelles de temps sont trop courtes, c’est que la sélection naturelle ne peut pas être la seule responsable de l’évolution).

Les géologues essayèrent de revoir leurs chronologies pour les adapter au nouveau cadre que leur proposait Kelvin ; mais les choses empirèrent au cours des années, quand ce dernier révisa ses estimations à la baisse, jusqu’au chiffre de 24 millions d’année ! En 1893, l’ensemble du monde physicien accepte ces estimations, mais les géologues et évolutionnistes ne peuvent s’y résoudre, provoquant une crise interscienti?que majeure.

 Connaissant la suite de l’histoire et le caractère de Fourier, citons à nouveau Arago : « Autant votre secrétaire [Fourier] avait besoin de causer, autant il éprouvait de répugnance pour les discussions verbales. Fourier coupait court à tout débat, aussitôt qu’il pressentait une divergence d’avis un peu tranchée, sauf à reprendre plus tard le même sujet, avec la prétention modeste de faire un très petit pas chaque fois. Quelqu’un demandait à Fontaine, géomètre célèbre de cette Académie, ce qu’il faisait dans le monde où il gardait un silence presque absolu. « J’observe, répondit-il, la vanité des hommes pour la blesser dans l’occasion. » Si, comme son prédécesseur, Fourier étudiait aussi les passions honteuses qui se disputent les honneurs, la richesse, le pouvoir, ce n’était point pour les combattre : résolu à ne jamais transiger avec elles, il calculait cependant ses démarches de manière à ne pas se trouver sur leur chemin. Nous voilà bien loin, du caractère ardent, impétueux, du jeune orateur de la société populaire d’Auxerre ; mais à quoi servirait la philosophie, si elle ne nous apprenait à vaincre nos passions ! ».

Il n’est donc pas étonnant que Fourier n’ait pas, sur ce point de l’âge de la Terre, livré au public le résultat de ses calculs, laissant à ceux qui étaient capables de les mener, le soin de conclure pour eux-même, en toute logique.

 

One Response to “Fourier : l’Age de la Terre”

  1. […] Nous avons déjà dit l’intérêt que Fourier portait à l’âge de la Terre, cet intérêt l’a conduit, pour rendre possible une évaluation un peu précise, à étudier […]

Leave a Reply

You must be logged in to post a comment.