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Sous la croûte terrestre, à plus de 5 100 km de profondeur, se cache le noyau interne de la Terre. Cette boule solide de fer et de nickel, essentielle pour la vie telle que nous la connaissons, reste un mystère en grande partie non résolu. Pourtant, sa compréhension est cruciale pour expliquer l’histoire et l’évolution de notre planète. Grâce aux avancées récentes en physique minérale, nous commençons à lever le voile sur ce noyau terrestre.
Le rôle du noyau interne dans la protection de la Terre
Le noyau interne de la Terre joue un rôle fondamental dans la création et le maintien du champ magnétique terrestre. Ce champ agit comme un bouclier, protégeant notre planète des rayonnements solaires. Il est possible que ce champ magnétique ait favorisé les conditions propices au développement de la vie sur Terre il y a des milliards d’années.
Initialement liquide, le noyau interne s’est solidifié au fil du temps en raison du refroidissement de la Terre. Cette transformation continue, où la matière liquide entourant le noyau se solidifie, maintient des températures extrêmement élevées, atteignant au moins 4 726 °C. Ce processus de solidification libère des éléments chimiques tels que l’oxygène et le carbone, qui ne sont pas compatibles avec les solides chauds.
Ces éléments s’accumulent à la frontière du noyau externe, créant ainsi des mouvements liquides et des courants électriques qui génèrent le champ magnétique terrestre.
La cristallisation du noyau interne
Pour comprendre comment ce champ magnétique a évolué au fil du temps, les géophysiciens utilisent des modèles simulant les conditions thermiques du noyau et du manteau terrestre. Ces modèles tentent de décrire comment la chaleur est distribuée et transférée à l’intérieur de la planète.
Selon ces simulations, le noyau interne solide aurait commencé à se former lorsque le liquide environnant a atteint son point de fusion et a commencé à se solidifier. Toutefois, cette hypothèse simple ne correspond pas entièrement à la réalité du processus. Les chercheurs ont découvert que le noyau terrestre pourrait avoir traversé une phase de surfusion. Ce phénomène se produit lorsqu’un liquide est refroidi en dessous de son point de congélation sans pour autant se solidifier. Un exemple courant est l’eau qui peut rester liquide jusqu’à -30 °C avant de se transformer en glace.
Dans le cas du noyau terrestre, il semblerait que le fer pur nécessite une surfusion d’environ 726 °C pour commencer à se solidifier. Mais comme la Terre se refroidit à un rythme relativement lent, ce processus pose plusieurs défis. En effet, si le noyau interne avait été sous son point de fusion pendant des centaines de millions d’années, cela aurait entraîné des conséquences incompatibles avec les observations actuelles.
La sismologie
L’accès direct au noyau terrestre est impossible, l’humanité n’ayant foré qu’à une profondeur maximale de 12 km. La sismologie reste donc le principal outil permettant d’étudier l’intérieur de notre planète. C’est grâce aux ondes sismiques que la découverte du noyau interne a été faite en 1936. Aujourd’hui, sa taille, représentant environ 20 % du rayon de la Terre, est l’une des caractéristiques les mieux comprises de la Terre profonde.
Les chercheurs utilisent ces informations pour estimer la température du noyau, en supposant que la frontière entre le noyau solide et liquide représente le point de fusion du fer. Cette estimation est cruciale pour évaluer la surfusion maximale qui aurait pu se produire avant la formation du noyau interne.
Selon ces modèles, si le noyau s’est solidifié récemment, l’état thermique actuel entre le noyau interne et externe suggère que la surfusion pourrait avoir été d’environ 126 °C au maximum. Toutefois, la sismologie indique que ce chiffre est déjà élevé. Si une surfusion de 726 °C était nécessaire pour solidifier le noyau, celui-ci serait beaucoup plus grand que ce que les données montrent. À l’inverse, si la surfusion n’a jamais atteint ce seuil, le noyau interne ne devrait tout simplement pas exister.
Les mystères persistants et les pistes prometteuses
Face à ces contradictions, les physiciens minéralogistes ont entrepris de nouvelles expériences pour mieux comprendre le comportement du fer et d’autres éléments dans des conditions similaires à celles du noyau terrestre. Ces études ont montré que la surfusion pourrait être influencée par des structures cristallines inattendues ou par la présence d’éléments comme le carbone. Ces découvertes ouvrent la possibilité que la solidification du noyau interne puisse se produire à des niveaux de surfusion plus faibles que ceux initialement prévus.
Si le noyau pouvait effectivement commencer à se solidifier avec une surfusion d’environ 126 °C, cela expliquerait l’état actuel du noyau interne. Ces avancées pourraient également modifier nos estimations de l’âge du noyau. Les estimations actuelles varient entre 500 et 1 000 millions d’années, mais elles ne tiennent pas compte des effets potentiels de la surfusion. Une surfusion modeste de seulement -173 °C pourrait signifier que le noyau interne est plus jeune de plusieurs centaines de millions d’années que ce que l’on pensait.
La compréhension du noyau interne de la Terre est essentielle pour mieux interpréter les archives paléomagnétiques, qui retracent l’histoire du champ magnétique terrestre. Ce champ magnétique a joué un rôle clé dans la protection de la Terre contre les rayonnements solaires, et une meilleure connaissance de son évolution est nécessaire pour comprendre son rôle dans l’émergence de conditions propices à la vie. Par ailleurs, des ondes sismiques montrent que des changements se produisent dans le noyau externe de la Terre;