Découverte de la radioactivité et son impact sur la source de chaleur interne

Première générale Spé · Enseignement Scientifique 1ère

À retenir

• Le tournant du XXe siècle apporte la clé physique qui manquait à la thermodynamique de Kelvin : la découverte de la radioactivité. • Les étapes historiques décisives : - 1896 : Henri Becquerel découvre le rayonnement spontané des sels d'uranium. - 1898 : Pierre et Marie Curie découvrent le polonium et le radium (Marie Curie isolera le radium métallique en 1910). - 1903 : Pierre Curie et Albert Laborde découvrent que le radium dégage en permanence une quantité d'énergie thermique prodigieuse sans aucune réaction chimique : 1 gramme de radium dégage environ 100 calories (420 joules) de chaleur par heure de façon ininterrompue ! • Révolution géologique immédiate : - Dès 1903-1904, Ernest Rutherford et d'autres physiciens comprennent que les roches terrestres renferment des éléments radioactifs naturels (on sait aujourd'hui qu'il s'agit surtout de ^238U, ^235U, ^232Th et ^40K). - La désintégration radioactive lente de ces radioisotopes instables libère de la chaleur continue au cœur de la planète depuis sa formation : c'est la chaleur radiogénique. - La Terre ne se refroidit donc pas passivement comme un boulet inerte : elle possède un générateur thermique interne qui compense une part importante (de l'ordre de la moitié) des pertes de chaleur de la Terre ! • Conséquences : - L'hypothèse de Kelvin d'un simple refroidissement conductif s'effondre définitivement. - La radioactivité fournit non seulement l'énergie thermique interne du globe (moteur de la tectonique des plaques), mais aussi une « horloge atomique » absolue permettant de dater enfin les roches.

Le cours

Découverte de la radioactivité et son impact sur la source de chaleur interne • Le tournant du XXe siècle apporte la clé physique qui manquait à la thermodynamique de Kelvin : la découverte de la radioactivité. • Les étapes historiques décisives : - 1896 : Henri Becquerel découvre le rayonnement spontané des sels d'uranium. - 1898 : Pierre et Marie Curie découvrent le polonium et le radium (Marie Curie isolera le radium métallique en 1910). - 1903 : Pierre Curie et Albert Laborde découvrent que le radium dégage en permanence une quantité d'énergie thermique prodigieuse sans aucune réaction chimique : 1 gramme de radium dégage environ 100 calories (420 joules) de chaleur par heure de façon ininterrompue ! • Révolution géologique immédiate : - Dès 1903-1904, Ernest Rutherford et d'autres physiciens comprennent que les roches terrestres renferment des éléments radioactifs naturels (on sait aujourd'hui qu'il s'agit surtout de ^238U, ^235U, ^232Th et ^40K). - La désintégration radioactive lente de ces radioisotopes instables libère de la chaleur continue au cœur de la planète depuis sa formation : c'est la chaleur radiogénique. - La Terre ne se refroidit donc pas passivement comme un boulet inerte : elle possède un générateur thermique interne qui compense une part importante (de l'ordre de la moitié) des pertes de chaleur de la Terre ! • Conséquences : - L'hypothèse de Kelvin d'un simple refroidissement conductif s'effondre définitivement. - La radioactivité fournit non seulement l'énergie thermique interne du globe (moteur de la tectonique des plaques), mais aussi une « horloge atomique » absolue permettant de dater enfin les roches. Astuce et méthode clé Retiens la conférence de Rutherford à la Royal Institution (1904) : Kelvin, présent, avait lui-même précisé que son calcul ne valait qu'en l'absence de source de chaleur inconnue ; Rutherford souligna que le radium était précisément cette source. Piège classique à éviter Attention : la radioactivité n'a pas « chauffé la Terre depuis zéro », elle a ralenti son refroidissement en fournissant une source de chaleur interne continue qui perdure depuis 4,5 milliards d'années.

Dans ce chapitre