Le cœur de la Terre n’est pas aussi dur qu’on le croyait : une découverte change tout

Une vision bouleversée de nos profondeurs

On a souvent cette image d’épinal, vous savez ? Celle d’une Terre constituée de couches bien nettes, avec une graine centrale solide comme un roc, immuable. Eh bien, il semblerait que nous ayons eu tort, ou du moins, que la réalité soit bien plus… nuancée. Au plus profond de notre planète, loin sous nos pieds, le noyau terrestre pourrait être beaucoup moins rigide que ce que les scientifiques pensaient jusqu’à présent.

C’est une nouvelle étude fascinante qui nous vient de Chine et qui suggère que cette région la plus interne peut se comporter à la fois comme un solide et, curieusement, comme quelque chose de subtilement mobile. Cela rebat totalement les cartes de notre compréhension de la structure profonde de la Terre. Pour en arriver là, des chercheurs ont mené une expérience à grande vitesse assez incroyable, recréant brièvement la pression écrasante qui règne au centre de la Terre.

Les enregistrements sismiques nous mettaient déjà la puce à l’oreille depuis longtemps, remarquant que le noyau interne se comportait bizarrement, même quand nos modèles informatiques le traitaient comme un bloc purement solide.

Une expérience explosive à l’Université du Sichuan

C’est à l’Université du Sichuan (SCU), à Chengdu, que tout s’est joué. Des chercheurs y ont construit un banc d’essai capable d’imiter, ne serait-ce que pour un instant fugace, les conditions de l’enfer du noyau terrestre. Le physicien Youjun Zhang a dirigé ces efforts, concentrant ses recherches sur la façon dont les alliages de fer transmettent les vibrations lorsqu’ils sont soumis à une chaleur et une pression écrasantes. Son objectif ? Relier la vitesse du son en laboratoire aux ondes étranges que les sismologues observent sous nos pieds.

Pour tester leurs théories, l’équipe n’y est pas allée de main morte. Ils ont utilisé de la poudre sans fumée et du gaz comprimé pour tirer une pastille d’alliage fer-carbone à une vitesse ahurissante de 4,3 miles par seconde, soit environ 6,9 kilomètres par seconde. Imaginez la violence de l’impact ! Ils ont propulsé cet alliage sur une cible en fluorure de lithium, utilisant un choc inverse pour amplifier la pression.

L’expérience visait à comprimer l’alliage fer-carbone à 140 gigapascals et à le chauffer à environ 4 220 degrés Fahrenheit, soit 2 327 degrés Celsius. Ils ont utilisé ce qu’on appelle la compression dynamique par choc, une technique qui chauffe et comprime en une seule impulsion rapide. Quelques nanosecondes à microsecondes plus tard, des sondes laser et des capteurs ultra-rapides ont capturé la densité et la vitesse des ondes avant que l’échantillon ne se relâche. C’est de la physique de l’extrême, littéralement.

L’énigme des ondes et l’état superionique

Pourquoi toute cette agitation ? Parce que les ondes de cisaillement – ces secousses latérales qui ne voyagent qu’à travers les solides – disparaissent normalement lorsqu’elles frappent un liquide. Or, à travers le noyau interne, ces ondes arrivent bel et bien, mais elles se déplacent anormalement lentement pour un matériau riche en fer. Cette lenteur indique une faible rigidité, un problème qui a poussé les scientifiques à repenser ce que « noyau solide » veut dire. En 2022, des simulations informatiques avaient déjà suggéré que les alliages de fer aux températures du noyau interne pouvaient héberger une phase mi-solide, mi-mobile.

Les chercheurs appellent cela l’état superionique. C’est un peu technique, mais imaginez un état où les atomes légers se diffusent à travers un réseau solide, tandis que les atomes plus lourds restent ordonnés. C’est exactement ce que l’équipe a observé : à l’intérieur de l’alliage comprimé, les atomes de carbone commençaient à bouger librement tandis que le fer restait arrangé dans un motif cristallin serré. La chaleur entraîne ce mouvement en desserrant le carbone de ses positions fixes.

« Cette phase dite

Résultats chiffrés et réalité géologique

Les chiffres ne mentent pas, comme on dit. Au pic de la compression, les mesures de la SCU ont placé l’alliage près d’un coefficient de Poisson de 0,43 et ont montré une réduction de la vitesse de cisaillement d’environ 23 %. Comme l’a confirmé Zhang, c’est la première fois qu’on montre expérimentalement qu’un alliage fer-carbone, dans ces conditions, présente une vitesse de cisaillement remarquablement basse. Cela concorde parfaitement avec l’idée que le noyau interne peut rester solide et ordonné tout en étant ramolli par des atomes légers mobiles.

Il faut toutefois garder la tête froide : la réplique a ses limites. Dans la Terre elle-même, le noyau interne subit une pression proche de 330 à 360 gigapascals et une température d’environ 8 500 à 10 300 degrés Fahrenheit (soit 4 700 à 5 704 degrés Celsius). C’est bien plus extrême que l’expérience. De plus, les tests ont utilisé du fer avec environ 1,5 % de carbone en poids, laissant de la place pour d’autres éléments légers. Mais la démonstration prouve que la diffusion d’atomes légers peut imiter cet amollissement sismique sans nécessiter un noyau totalement liquide.

D’ailleurs, d’autres mesures de la Terre profonde montrent que des parties du manteau préservent encore des signatures chimiques anciennes, comme un déficit en potassium-40, suggérant que certains domaines du manteau ont évité un mélange ultérieur. Cette persistance soutient l’idée que de petits ajouts de carbone peuvent vraiment compter là-dessous.

Conclusion : Vers une nouvelle compréhension de notre monde

Au final, ces indices sismiques combinés aux expériences de choc pointent vers un noyau interne solide mais adouci par des atomes légers mobiles. Cela a des implications énormes, notamment pour le champ magnétique terrestre. Ce champ dépend de la géodynamo, des courants entraînés par la convection dans le noyau externe liquide aujourd’hui. Si des atomes légers se déplacent dans le fer solide en profondeur, le noyau interne pourrait échanger des éléments et de la chaleur avec son environnement de manière différente.

Une meilleure physique du noyau peut affiner nos modèles de comportement du champ et aider les scientifiques à comparer la Terre avec d’autres planètes rocheuses. L’étude est publiée dans la National Science Review, et je pense qu’on n’a pas fini d’en entendre parler. Les futurs travaux devront tester des mélanges plus proches du noyau à des pressions encore plus élevées et sur des durées plus longues, tout en gardant un lien étroit avec les données sismiques.

Selon la source : earth.com

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.