À propos de cette page
Ce cours de spécialité svt en première sur « Histoire de la Terre et des êtres vivants » suit le programme officiel de spécialité svt de première. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : La formation de la Terre et des premières enveloppes, L'échelle des temps géologiques, Datation relative : stratigraphie et biostratigraphie, Datation absolue : la radiochronologie. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de première à réussir en spécialité svt.
Au programme
1 · La formation de la Terre et des premières enveloppes
2 · L'échelle des temps géologiques
3 · Datation relative : stratigraphie et biostratigraphie
4 · Datation absolue : la radiochronologie
5 · Les premières traces de vie : des procaryotes aux eucaryotes
6 · La biodiversité au fil du temps : apparitions et radiations
7 · Les crises biologiques et extinctions de masse
8 · La biodiversité actuelle, héritière d'une longue histoire
1La formation de la Terre et des premières enveloppes
La Terre s'est formée il y a environ 4,6 milliards d'années (Ga) par accrétion de matière autour du Soleil naissant. Lors de cette accrétion, la libération d'énergie cinétique et les bombardements météoritiques intenses ont maintenu la Terre à l'état liquide (« magma océan »).
Différenciation interne. Le refroidissement progressif de la Terre liquide a permis la séparation des matériaux selon leur densité : le fer et le nickel ont coulé vers le centre (noyau), tandis que les silicates plus légers ont formé le manteau et la croûte. C'est la différenciation interne de la Terre.
Le dégazage du manteau par le volcanisme primitif a libéré des gaz (H₂O, CO₂, N₂, SO₂) qui ont formé une atmosphère primitive très différente de l'atmosphère actuelle — notamment dépourvue de dioxygène libre (O₂). La condensation de la vapeur d'eau a donné naissance aux océans primitifs vers −4,4 Ga (premiers zircons). L'apparition progressive de l'O₂ atmosphérique sera le fruit de l'activité photosynthétique des cyanobactéries à partir de −2,7 Ga environ.
Astuce. Retenez les grandes dates-repères : −4,6 Ga (formation de la Terre), −4,4 Ga (premiers zircons = premiers océans), −3,8 Ga (premiers fossiles bactériens), −2,7 Ga (premières cyanobactéries, début de l'oxygénation), −0,54 Ga (début du Phanérozoïque = explosion cambrienne).
2L'échelle des temps géologiques
Pour représenter les 4,6 milliards d'années de l'histoire de la Terre, les géologues utilisent une échelle des temps géologiques qui divise le temps en unités hiérarchisées : éons → ères → périodes → époques.
| Unité | Exemples | Durée approximative |
|---|
| Éon | Hadéen, Archéen, Protérozoïque, Phanérozoïque | 500 Ma à 2 Ga |
| Ère | Paléozoïque, Mésozoïque, Cénozoïque | 50–300 Ma |
| Période | Cambrien, Jurassique, Crétacé, Quaternaire… | 5–50 Ma |
| Époque | Pléistocène, Holocène | 0,1–20 Ma |
Exemple. Les dinosaures (non-aviens) ont vécu du Trias (−252 Ma) au Crétacé (−66 Ma), principalement dans l'ère Mésozoïque.
Attention ! Le Précambrien (Hadéen + Archéen + Protérozoïque) représente environ 88 % de l'histoire de la Terre, mais il est peu fossilifère car les organismes étaient majoritairement microscopiques et sans parties dures minéralisées.
3Datation relative : stratigraphie et biostratigraphie
La datation relative permet de classer des événements géologiques dans l'ordre chronologique (avant/après) sans donner de date chiffrée en années.
Principes de la stratigraphie.- Superposition : dans une série sédimentaire non perturbée, une couche est plus récente que la couche qui se trouve en dessous.
- Continuité : une couche sédimentaire est présumée s'étendre latéralement avec le même âge.
- Recoupement : toute structure (faille, intrusion) est plus récente que les roches qu'elle recoupe.
- Inclusion : un élément contenu dans un autre lui est antérieur.
La biostratigraphie utilise les fossiles stratigraphiques pour dater et corréler des couches éloignées. Un bon fossile stratigraphique doit :
- Avoir vécu peu de temps (faible durée d'existence de l'espèce dans le temps géologique).
- Avoir été très abondant et répandu géographiquement.
- Présenter des caractères morphologiques faciles à reconnaître.
Exemple. L'ammonite Harpoceras falciferum est un excellent fossile stratigraphique du Toarcien (Jurassique inférieur, −182 à −174 Ma) : présente sur tous les continents, elle permet de dater une couche avec une précision de quelques millions d'années.
Astuce. Mémorisez la différence : fossile stratigraphique = indicateur de temps. Fossile de faciès = indicateur d'environnement (milieu de dépôt).
4Datation absolue : la radiochronologie
La datation absolue (ou radiochronologie) permet d'obtenir l'âge d'une roche ou d'un fossile en millions d'années grâce à la désintégration d'isotopes radioactifs. Un isotope radioactif (« parent ») se transforme spontanément en un isotope stable (« fils ») à une vitesse constante.
Demi-vie (ou période radioactive) $T_{1/2}$. C'est le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux radioactifs présents initialement se soient désintégrés. La loi de désintégration est exponentielle :
$$N(t) = N_0 imes \left( rac{1}{2}
ight)^{t/T_{1/2}} = N_0 \cdot e^{-\lambda t}$$
avec $\lambda = rac{\ln 2}{T_{1/2}}$ la constante de désintégration.
| Couple isotopique | $T_{1/2}$ | Application |
|---|
| $^{14}$C → $^{14}$N | 5 730 ans | Datation de matière organique récente (≤ 50 000 ans) |
| $^{40}$K → $^{40}$Ar | 1,25 Ga | Roches magmatiques, minéraux (Terre entière) |
| $^{87}$Rb → $^{87}$Sr | 48,8 Ga | Roches très anciennes (croûte continentale) |
| $^{238}$U → $^{206}$Pb | 4,47 Ga | Zircons, roches les plus anciennes |
Attention ! Le carbone 14 ne peut pas dater les roches minérales ni les événements géologiques anciens (au-delà de ~50 000 ans), car la teneur en $^{14}$C devient indétectable. Pour les âges supérieurs au million d'années, on utilise des couples à longue demi-vie (K/Ar, U/Pb).
Principe de calcul de l'âge : on mesure le rapport $ rac{N_{ ext{fils}}}{N_{ ext{parent}}}$ dans la roche (par spectrométrie de masse), puis on applique la loi exponentielle pour en déduire $t$.
Exemple. Si on mesure qu'il reste $ rac{1}{4}$ des noyaux parents initiaux : $ rac{N(t)}{N_0} = rac{1}{4} = \left( rac{1}{2}
ight)^2$, donc $t = 2 imes T_{1/2}$. Deux demi-vies se sont écoulées.
5Les premières traces de vie : des procaryotes aux eucaryotes
La vie est apparue très tôt dans l'histoire de la Terre. Les plus anciennes traces de vie connues datent d'environ 3,8 Ga : ce sont des microfossiles et des stromatolites fossiles.
Stromatolites. Ce sont des structures sédimentaires laminées construites par des biofilms bactériens (principalement des cyanobactéries). Leur activité photosynthétique a produit le dioxygène de l'atmosphère au cours du Protérozoïque (« Grande Oxydation » vers −2,4 Ga).
La vie est d'abord exclusivement procaryote (cellules sans noyau membranaire) pendant près de 2 milliards d'années. Les eucaryotes (cellules avec noyau et organites) apparaissent vers −2,1 à −1,8 Ga. Leur origine est expliquée par la théorie de l'endosymbiose : des procaryotes auraient été englobés par d'autres cellules, donnant naissance aux mitochondries et aux chloroplastes.
Les organismes pluricellulaires apparaissent vers −1 Ga. L'explosion cambrienne (−541 Ma) marque une diversification rapide et spectaculaire des plans d'organisation animaux : la plupart des embranchements actuels (arthropodes, mollusques, échinodermes, vertébrés…) sont représentés dès le Cambrien.
Astuce. Repère les sauts d'organisation : procaryote (−3,8 Ga) → eucaryote unicellulaire (−1,8 Ga) → pluricellulaire (−1 Ga) → faune complexe (−541 Ma). C'est une progression lente suivie d'une accélération soudaine.
6La biodiversité au fil du temps : apparitions et radiations
La biodiversité ne croît pas de façon régulière : elle connaît des périodes de radiation (diversification rapide) et des crises (extinctions). On estime qu'à l'échelle de toute l'histoire de la vie, plus de 99 % des espèces ayant jamais existé sont aujourd'hui éteintes.
Principales innovations évolutives au cours du temps :
- Cambrien (−541 Ma) : explosion cambrienne, diversification des animaux à squelette.
- Silurien-Dévonien (−440 à −360 Ma) : colonisation des terres émergées par les plantes vasculaires, puis les tétrapodes.
- Carbonifère (−360 à −300 Ma) : forêts de fougères arborescentes, premiers reptiles.
- Trias (−252 à −200 Ma) : radiation des dinosaures, apparition des mammifères.
- Crétacé (−145 à −66 Ma) : radiation des plantes à fleurs (angiospermes), diversification des insectes.
- Cénozoïque (−66 Ma à auj.) : radiation des mammifères après la disparition des dinosaures.
Exemple. La radiation des mammifères au Cénozoïque illustre bien le concept de « niche écologique vacante » : l'extinction des dinosaures a libéré des niches que les mammifères ont pu occuper et exploiter, déclenchant une diversification rapide.
Attention ! « Radiation évolutive » ne signifie pas nécessairement amélioration ou progrès. C'est simplement une diversification rapide exploitant de nouvelles ressources ou de nouveaux milieux.
7Les crises biologiques et extinctions de masse
On définit une extinction de masse comme la disparition d'au moins 75 % des espèces sur une période géologiquement courte (quelques milliers à quelques millions d'années). On recense 5 grandes crises dans l'histoire du Phanérozoïque.
| Crise | Âge (Ma) | % extinctions | Causes probables |
|---|
| Ordovicien-Silurien | −443 | ~85 % | Glaciation, baisse du niveau des mers |
| Dévonien supérieur | −375 | ~75 % | Anoxie océanique, volcanisme |
| Permien-Trias | −252 | ~96 % | Trapps de Sibérie (volcanisme massif), réchauffement, anoxie |
| Trias-Jurassique | −201 | ~80 % | Volcanisme (CAMP), désertification |
| Crétacé-Paléogène (K-Pg) | −66 | ~76 % | Impact de Chicxulub + trapps du Deccan |
Crise Permien-Trias (−252 Ma). C'est la plus sévère de l'histoire de la vie : environ 96 % des espèces marines et 70 % des espèces terrestres disparaissent. Elle est associée aux trapps de Sibérie, un épisode volcanique colossal qui a libéré d'immenses quantités de CO₂ et SO₂, provoquant un réchauffement climatique brutal et une acidification des océans.
Crise K-Pg (−66 Ma). La disparition des dinosaures non-aviens, des ammonites et de nombreux groupes marins est attribuée à l'impact de la météorite de Chicxulub (Mexique, cratère de 180 km de diamètre) combiné au volcanisme des trapps du Deccan (Inde). L'impact a projeté des poussières masquant le rayonnement solaire, provoquant un « hiver d'impact » et l'effondrement des chaînes alimentaires.
Astuce. Retenez la crise P-T pour sa sévérité (−96 % des espèces) et la crise K-Pg pour sa cause spectaculaire (météorite + volcanisme) et ses conséquences évolutives (radiation des mammifères).
8La biodiversité actuelle, héritière d'une longue histoire
La biodiversité actuelle est le résultat de 3,8 milliards d'années d'évolution, rythmées par des extinctions et des radiations. Chaque organisme vivant porte dans son génome les traces de cette longue histoire (gènes ancestraux, éléments transposables, génomes mitochondriaux).
On distingue aujourd'hui :
- Biodiversité spécifique : nombre d'espèces (~8,7 millions d'espèces estimées sur Terre).
- Biodiversité génétique : variabilité des gènes au sein d'une espèce.
- Diversité des écosystèmes : variété des milieux de vie.
Sixième extinction de masse. Les scientifiques alertent sur une accélération actuelle du taux d'extinction, attribuée aux activités humaines (destruction des habitats, pollutions, surexploitation, espèces invasives, changement climatique). Le taux d'extinction actuel serait 100 à 1 000 fois supérieur au taux de fond naturel. Certains biologistes parlent d'une sixième extinction de masse en cours.
L'histoire évolutive permet de comprendre certaines caractéristiques des êtres vivants actuels : les organes vestigiaux (ex. : les membres postérieurs réduits chez certains cétacés), les phylogénies moléculaires et la conservation des gènes du développement (gènes Hox) entre groupes très éloignés témoignent d'une ascendance commune.
Attention ! La sixième extinction n'est pas encore officiellement reconnue comme une extinction de masse au sens géologique (les critères de durée et de pourcentage ne sont pas encore atteints), mais sa vitesse est préoccupante à l'échelle humaine.
★À retenir
En bref :
• La Terre s'est formée il y a 4,6 Ga par accrétion ; différenciation interne → noyau, manteau, croûte.
• L'histoire de la Terre est divisée en éons, ères, périodes. Le Précambrien = 88 % du temps géologique.
• Datation relative : stratigraphie (superposition, recoupement) + biostratigraphie (fossiles stratigraphiques).
• Datation absolue : radiochronologie — $N(t) = N_0 \cdot e^{-\lambda t}$ ; choix du couple en fonction de l'âge estimé.
• Premières traces de vie : −3,8 Ga (procaryotes) → eucaryotes (−1,8 Ga) → pluricellulaires (−1 Ga) → explosion cambrienne (−541 Ma).
• 5 grandes crises dans le Phanérozoïque ; la plus sévère = Permien-Trias (−252 Ma, −96 % des espèces).
• Après chaque crise, les survivants colonisent de nouvelles niches : radiation évolutive.
• La biodiversité actuelle est menacée par une possible sixième extinction d'origine anthropique.