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Pourquoi le noyau interne de la Terre reste-t-il solide malgré la chaleur extrême ?

Une équipe de chercheurs pourrait avoir compris pourquoi le noyau de la Terre est encore solide en dépit des températures et des pressions énormes qui règnent au centre de la Terre. L’étude vient d’être publiée dans la revue Nature Geoscience.

Le noyau de la Terre est généralement décrit sous la forme d’une double structure composée d’un alliage fer-nickel. Cette « graine » fournirait l’énergie nécessaire aux mouvements de convection du noyau supérieur qui est quant à lui liquide. En dépit des chaleurs extrêmes, plus chaudes que la surface du Soleil, cette « graine » (presque la taille de la lune) reste pourtant solide et depuis des années, les géologues tentent en vain de savoir pourquoi. Une nouvelle étude menée par des chercheurs de la KTH Royal Institute of Technology, en Suède, suggère que ce noyau de fer existe en fait dans un état atomique jamais vu auparavant qui lui permet de résister aux températures incroyables et aux pressions enregistrées au centre de la Terre.

Cette caractéristique étrange et inobservable depuis la surface de notre planète dépend donc de la connaissance de la structure atomique de ces cristaux. Pour en arriver à de telles conclusions, les chercheurs ont fait appel à l’un des plus grands supercalculateurs du pays pour simuler les processus atomiques qui pourraient se produire quelque 6400 kilomètres sous nos pieds. Comme avec tous les métaux, les structures à l’échelle atomique changent et évoluent en fonction de la température et de la pression. À température ambiante et sous pression normale, le fer est dans ce qu’on appelle une structure cubique centrée (CC). Sous haute pression, il passe à une structure cristalline hexagonale. Ces termes techniques décrivent l’agencement des atomes à l’intérieur du métal, ce qui affecte à son tour sa résistance et d’autres propriétés, à savoir si ce dernier reste solide ou non.

Jusqu’à présent, au centre de la Terre où la pression est 3,5 millions de fois plus élevée que sur la surface et où les températures sont environ 6 000 degrés plus élevées, les scientifiques ont proposé que l’architecture atomique du fer devait être hexagonale, la première structure cubique centrée alors jugée trop instable sous de telles conditions. En revanche, dans cette étude, les chercheurs détaillent le fait que le noyau solide de la Terre était au contraire en phase CC. Contre toute attente, dans les conditions qui règnent au centre de la Terre, le fer présente ainsi un motif de diffusion atomique jamais observé jusqu’alors.

Par cette étude les chercheurs montrent également que le fer pur représente probablement 96 % de la composition du noyau interne (un chiffre plus élevé que les estimations précédentes), le reste étant du nickel et des traces d’autres éléments comme le soufre. Ces nouvelles données permettent également de résoudre un autre mystère : la raison pour laquelle les ondes sismiques voyagent plus vite entre les pôles que par l’équateur (l’anisotropie). Les chercheurs estiment en effet que le comportement des atomes de fer dans les conditions intenses au noyau de la Terre pourrait être suffisant pour créer des effets d’anisotropie à grande échelle.

Il est important de noter que ces hypothèses sont basées sur des simulations spécifiques des mouvements internes de la Terre et des équipes distinctes exécutant différents modèles basés sur des calculs différents pourraient se retrouver avec des résultats qui sont incompatibles avec ces conclusions. Il est possible que nous ne soyons jamais en mesure d’obtenir une preuve « directe » de l’activité du noyau terrestre, tant les pressions et les températures sont énormes. Mais il est important de poursuivre la recherche malgré les défis, car plus nous en saurons sur le fonctionnement interne de la Terre, plus nous serons à même d’anticiper le futur de notre planète.

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