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De nouvelles simulations réalisées par des chercheurs chinois suggèrent que le noyau interne de notre planète ne serait pas exclusivement solide, mais constitué d’un mélange solide-liquide connu sous le nom « d’état superionique ».

Une boule de fer moins solide que prévu

Respectivement situées à 2 900 et 5 150 kilomètres sous la surface, les parties externe et interne du noyau terrestre ne peuvent évidemment être forées. C’est pourquoi les scientifiques s’appuient sur les ondes sismiques générées par les tremblements de terre pour les étudier. Lorsque ces vibrations se propagent à travers les entrailles de notre planète, elles se déplacent à des vitesses différentes selon les matériaux, et l’analyse de ces changements peut révéler la composition de ses différentes couches.

Les analyses réalisées au fil des décennies ont montré qu’un type d’ondulation sismique, connue sous le nom d’onde de cisaillement, pouvait se propager à travers le noyau interne, indiquant par extension que ce dernier était solide. Cependant, ces ondes se déplaçaient dans le noyau plus lentement que ce que l’on attendrait normalement d’une boule de fer solide, impliquant que celui-ci soit sensiblement plus mou que prévu.

Pour cette nouvelle étude parue dans la revue Nature, les chercheurs de l’Académie chinoise des sciences ont simulé les conditions de température et de pression régnant au cœur de la Terre (5 500 °C et 350 gigapascals) afin de déterminer quels autres types de matière pourraient s’y trouver. Ils ont découvert que certains alliages de fer pouvaient former un état superionique, ce qui expliquerait de telles observations.

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Des résultats correspondant aux observations sismiques

Au sein d’un alliage de fer superionique, les atomes de fer forment un sous-réseau ordonné et solide permettant au matériau de conserver sa forme, tandis que les éléments plus légers et désordonnés se diffusent comme un liquide à l’intérieur de ce maillage cristallin. Dans le cas du noyau terrestre, les simulations ont montré que ces derniers pouvaient inclure l’hydrogène, l’oxygène ou le carbone.

L’équipe a calculé la vitesse à laquelle les ondes de cisaillement se déplaceraient à travers ces alliages superioniques et constaté qu’elle correspondait précisément aux observations sismiques. D’autres propriétés établies du noyau interne pourraient également être expliquées par des distributions et des convections différentes de ces éléments plus légers.

S’il s’agit d’une idée intéressante, des études antérieures ont suggéré que la propagation plus lente des ondes de cisaillement pourrait être due à la « neige de fer » s’écoulant du noyau externe vers le noyau interne.

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