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Le mystère du noyau terrestre
Malgré les avancées humaines nous ayant permis d’atteindre des distances de près de 400 000 kilomètres de la Terre, notre exploration des profondeurs terrestres reste très limitée, n’ayant même pas dépassé 16 kilomètres sous la surface. En revanche, le noyau terrestre, situé à environ 4 000 kilomètres sous nos pieds, demeure l’un des plus grands mystères de notre planète, semblable à des recoins sombres de l’espace.
Il existe plusieurs raisons pour lesquelles il est plus facile d’explorer l’espace que de descendre dans les entrailles de la Terre. Bien que l’espace soit souvent considéré comme extrêmement froid, techniquement, il n’a pas de température, car il s’agit d’un vide. Cela signifie que la chaleur se propage uniquement par radiation, ce qui retarde son transport. En outre, l’espace n’implique aucune pression à gérer, sauf si l’on se trouve dans un trou noir. À l’inverse, à mesure que l’on s’approche du centre de la Terre, la gravité accrue devient un véritable défi. C’est également la raison pour laquelle l’exploration des profondeurs marines est souvent jugée plus difficile que celle de l’espace.
Les scientifiques savent que le noyau terrestre est chaud, mais ils ne peuvent pas déterminer avec précision sa température ni les raisons de cette chaleur intense. Néanmoins, cette chaleur au cœur de notre planète est essentielle à la vie sur Terre. Que se passerait-il si le noyau venait à refroidir ? La planète resterait-elle habitable ? Et est-il même possible que le noyau terrestre se refroidisse ? Continuez à lire pour découvrir les réponses à ces questions fascinantes.
Qu’est-ce que le noyau terrestre ?
La Terre est constituée de quatre couches principales : la croûte, le manteau, le noyau externe et le noyau interne. À son point le plus épais, la croûte ne dépasse pas 80 kilomètres d’épaisseur. Le noyau se situe au cœur de notre planète, à environ 2 900 kilomètres sous la surface, atteignant le noyau externe, qui lui-même s’étend sur près de 2 300 kilomètres de profondeur, comme le souligne National Geographic. Entre le manteau et le noyau externe se trouve une frontière connue sous le nom de discontinuité de Gutenberg.
Le noyau externe est une « masse liquide de métal en fusion » qui enveloppe le noyau interne solide. Ce dernier se trouve à environ 5 150 kilomètres de profondeur et mesure presque 2 500 kilomètres de large, une taille comparable à celle de la Lune. Pendant longtemps, on a pensé que le noyau terrestre était une masse de fer solide. Cependant, des mesures sismiques réalisées dès les années 1950 ont suggéré qu’il pourrait contenir davantage que du fer. En réalité, le noyau est environ 10 % moins dense que le fer et contient probablement, en plus d’autres éléments, du nickel, du silicium et du magnésium. On y trouve également du soufre, et il est estimé que près de 90 % du soufre terrestre se situe dans cette région.
Fait intéressant, la composition actuelle du noyau est plus jeune que notre planète elle-même, ayant été formée entre environ 500 millions et 1,5 milliard d’années.
Pourquoi le noyau terrestre est-il chaud ?
Bien que l’on sache que le noyau terrestre est incroyablement chaud, il reste difficile d’en déterminer la température exacte. Des recherches suggèrent que celles-ci peuvent varier en fonction des éléments du noyau, de la rotation de la Terre et de la pression. Les scientifiques estiment que la température du noyau fluctue entre près de 4 400 °C et 5 500 °C. À ces températures, le noyau est même plus chaud que la surface du soleil, qui avoisine les 5 500 °C. Les températures les plus élevées se trouvent à la discontinuité de Bullen, marquant la limite entre le noyau interne et le noyau externe.
Selon des études, il existe trois raisons principales qui expliquent pourquoi le noyau terrestre est si chaud : la chaleur générée par la désintégration radioactive, la chaleur causée par la différentiation, c’est-à-dire le mouvement des objets lourds vers le noyau, et la chaleur résiduelle de la formation initiale de la planète.
Cependant, malgré ces estimations, les chercheurs restent incertains quant à la température exacte du noyau terrestre. Il existe encore un débat sur la composition exacte de celui-ci, et recréer en laboratoire des conditions similaires à celles du noyau terrestre s’avère extrêmement complexe. Les scientifiques ont actuellement recours à des lasers et à des dispositifs à haute pression pour établir leurs meilleures évaluations, mais le point de fusion du fer sous haute pression reste encore inconnu.
L’effet déséquilibré
Bien que l’on considère la Terre comme une sphère, il est important de noter qu’elle n’est pas parfaitement ronde. Selon Scientific American, notre planète ressemble plutôt « à une sphère aplatie aux pôles et renflée à l’équateur ». De la même manière, le noyau terrestre ne se développe pas de manière uniforme, mais plutôt de façon déséquilibrée.
D’après The Print, alors que le noyau de la Terre refroidit lentement, il apparaît qu’il croît plus rapidement d’un côté que de l’autre. En 2021, des recherches récentes ont indiqué que le noyau interne perdait de la chaleur plus rapidement sous l’Indonésie qu’il ne le faisait sous le Brésil. Cette différence pourrait accélérer la cristallisation du fer et la croissance du noyau sur ce côté. Malgré cela, en raison de la gravité immense au centre de la Terre, la croissance du noyau est finalement répartie de manière à ce que son développement radial demeure constant, soit environ 1 millimètre par an.
Il reste encore des mystères autour de ce phénomène, notamment pourquoi le processus de refroidissement se produit plus rapidement sous l’Indonésie. Comme le souligne Earth Sky, les scientifiques pensent que ce processus est en cours depuis la formation du noyau terrestre.
Fait intéressant, la rotation de la Terre pourrait également influencer l’alignement des cristaux de fer dans le noyau, qui semblent s’aligner le long de l’axe de rotation de la planète, alors qu’ils devraient théoriquement être orientés de manière aléatoire.
Pourquoi le noyau terrestre pourrait-il refroidir ?
Bien que le noyau terrestre soit extrêmement chaud, il traverse en réalité un processus constant de fusion et de gel. Lorsque les plaques tectoniques se déplacent, l’une d’elles peut glisser sous l’autre dans un phénomène appelé subduction, entraînant une perte de chaleur dans le manteau. En s’enfonçant profondément dans le manteau, la plaque emporte également la chaleur provenant du noyau.
Cependant, certaines plaques tectoniques génèrent également de la chaleur, car elles sont si vastes que le manteau en dessous d’elles est « plus chaud que la moyenne ». Cette chaleur descend vers le noyau, mais au lieu de le refroidir, elle l’échauffe et réactive le processus de fusion.
Cependant, le noyau terrestre se refroidit lentement mais sûrement, et cela depuis sa formation. À mesure que le noyau refroidit, le noyau interne tend à croître, car le fer solide occupe plus de volume que le fer liquide. En effet, chaque année, le noyau interne s’étend d’environ un millimètre. Ce processus de refroidissement génère également de la chaleur qui « parvient jusqu’à la croûte terrestre par convection. » Ce type de refroidissement ne devrait pas affecter la vie à la surface pendant des milliards d’années, car il faudra plus d’un million d’années pour qu’une distance d’un mile refroidisse. Mais que se passerait-il si le noyau se refroidissait brutalement ?
Perte de notre champ magnétique
Si le noyau terrestre venait à se refroidir soudainement, l’une des premières conséquences serait la perte du champ magnétique de la planète. Selon le magazine Cosmos, ce champ est généré par le cœur externe, qui est non seulement liquide, mais en rotation constante via une circulation thermodynamique. Ce phénomène, connu sous le nom d’effet dynamo, postule que le flux continu de métal dans le cœur externe crée des courants électriques. En parallèle, lorsque la Terre tourne, ces courants engendrent un champ magnétique qui s’étend autour de notre planète.
Si ce champ magnétique venait à disparaître, cela signifierait que non seulement les oiseaux seraient incapables de migrer et que les boussoles perdraient leur orientation vers le nord, mais toute vie sur Terre serait soudainement plus exposée aux vents solaires. Bien que cela ne signifie pas la fin de la vie sur notre planète, cela entraînerait une exposition bien plus élevée aux radiations, potentiellement dangereuses pour les humains. Certaines espèces animales, cependant, résistent mieux aux radiations que d’autres.
De plus, l’absence d’un champ magnétique engendrerait également des pannes techniques fréquentes, alors que les particules solaires pourraient interférer avec les ondes radios à haute fréquence, d’après Live Science.
Le champ magnétique terrestre est absolument vital pour protéger l’atmosphère de notre planète. Toutefois, il n’y a pas de quoi s’alarmer. Tandis que des films comme « The Core » laissent croire que la moindre défaillance du champ magnétique provoquerait des rayons solaires brûlants capables de sectionner le pont du Golden Gate, la réalité serait moins spectaculaire. Néanmoins, en cas d’éruption solaire particulièrement intense, qui sait ce qui pourrait se passer ?
Arrêter le mouvement des plaques tectoniques
Un autre effet du refroidissement du noyau terrestre serait que les plaques tectoniques cesseraient de bouger. Lorsque le noyau se refroidit, cela entraîne également un refroidissement du manteau sur lequel se déplacent les plaques tectoniques. Toutefois, ce n’est pas seulement le manteau liquide qui déplace les plaques. La chaleur provenant du noyau lui-même est également considérée comme une force motrice des plaques de la Terre.
Des recherches indiquent que les scientifiques croyaient autrefois que les plaques de la Terre se déplaçaient à cause de la « flottabilité négative créée par leur refroidissement ». Cependant, il est maintenant largement admis que ce mouvement est dû à la chaleur qu’elles tirent du noyau terrestre. Selon certaines études, jusqu’à 50 % du mouvement des plaques tectoniques pourrait être entraîné par cette chaleur issue du noyau.
Sans cette chaleur, la Terre pourrait devenir « un puzzle complet de plaques titanesques qui ne dériveront plus ni ne s’enfonceront ». En l’absence de mouvements des plaques, la subduction cesserait également de se produire. Bien qu’il puisse y avoir des tremblements de terre occasionnels dus à la croûte qui fond dans le manteau, à mesure que l’intérieur de la Terre se refroidit, l’extérieur serait pratiquement à l’arrêt.
Une implication majeure de cette découverte est l’idée que si la chaleur provenant du noyau a un effet sur la surface, alors il est possible qu’il y ait encore plus de chaleur stockée dans le noyau qu’on ne le croyait auparavant.
Des airs de Mars
Si le noyau terrestre venait à se refroidir, notre planète commencerait, avec le temps, à évoquer certaines des autres planètes de notre système solaire. Alors que la croûte fond lentement dans le manteau, de petits séismes et des « poches supplémentaires de volcanisme » donneraient à la surface de la Terre un aspect semblable à celui de Vénus, comme l’explique National Geographic.
Au fur et à mesure que tout ralentirait et que l’absence de champ magnétique laisserait les vents solaires irradier et micropousser la planète, la surface commencerait à ressembler à celle de Mercure. Cependant, d’après Space, il est plus probable que la Terre finirait par ressembler à Mars, qui avait elle-même des plaques tectoniques en mouvement, semblables à celles que l’on trouve sur notre planète actuelle.
Étant donné que Mars n’a jamais eu son propre champ magnétique, ou si elle l’a eu, il a disparu très tôt, sa couche extérieure a toujours été vulnérable aux vents solaires. Au fur et à mesure que la planète se refroidissait, ses plaques devenaient également stationnaires, ce qui a abouti à une surface rocheuse et stagnante.
Cependant, la planète pourrait ne pas être aussi immobile qu’on le pensait au départ. Selon Science Daily, en 2012, des scientifiques ont découvert des failles actives probables sur Mars, bien qu’il ne soit pas clair si elles restent effectivement actives plus d’une fois tous les millions d’années. Certains chercheurs pensent que le mouvement pourrait être causé par du magma ou de l’eau sous la surface, tandis que d’autres estiment qu’il résulte du « refroidissement et de la contraction continuels » de la planète.
Combien de temps avant le refroidissement du noyau terrestre ?
Inévitablement, rien ne dure éternellement, et le noyau terrestre fait partie de ce cycle. Depuis sa formation, qui remonte entre 500 millions et 1,5 milliard d’années, il est en constante diminution de chaleur, même si ce processus se déroule à un rythme incroyablement lent.
D’après certaines études, la majeure partie de la chaleur émanant du noyau terrestre provient de la désintégration radioactive. Cela signifie que le noyau devrait rester chaud plus longtemps que s’il tirait principalement sa chaleur de l’énergie résiduelle provenant de la formation de la Terre. Même si ces sources de chaleur s’intensifient, il faudra encore des milliards d’années avant que le noyau terrestre ne refroidisse complètement. Les estimations varient entre plusieurs dizaines de milliards d’années et jusqu’à 90 milliards d’années dans le futur.
Cependant, il est important de noter que notre Soleil, dont l’extinction est prévue dans environ 5 milliards d’années, pourrait rendre cette question totalement obsolète, car la Terre ne sera probablement plus là pour observer le déclin de son propre noyau.
Pouvons-nous réchauffer le noyau terrestre ?
Si le noyau venait à se refroidir subitement, serait-il même possible pour les humains d’intervenir ? Bien que le film « Le Noyau » donne l’impression que cela pourrait être réalisable, la réalité est que voyager jusqu’au centre de la Terre est un défi d’une complexité incroyable.
La distance entre la surface de la Terre et son centre est d’environ 6 400 kilomètres. Selon Scientific American, le plus profond puits jamais creusé par l’homme atteint seulement environ 12 kilomètres. Connu sous le nom de Kola Superdeep Borehole, ce puits a nécessité près de 20 ans de travaux pour atteindre une profondeur maximale envisagée de 15 kilomètres. Pourtant, la découverte de roches à 180 degrés Celsius a interrompu leur avancée, car cela représentait presque le double de ce qu’ils avaient prévu.
Mais même si le noyau se refroidissait au point de permettre un voyage à travers celui-ci, la température n’est pas le seul obstacle. Selon Spring8, la pression au centre de la Terre atteint environ 364 GPa (gigapascals). En comparaison, la pression atmosphérique à la surface est d’environ 101325 Pa (pascals). Cela signifie que la pression au noyau terrestre est presque 3,5 millions de fois supérieure à celle de la surface. Même la pression au fond des océans, qui est déjà extrême, n’est que 1000 fois plus élevée que celle de la surface. Ainsi, atteindre le centre de la Terre représenterait une situation de pression véritablement écrasante.
Que se passerait-il si le noyau terrestre refroidissait ?
Bien qu’il semble peu probable que le noyau de la Terre se refroidisse dans un avenir proche, cela ne signifie pas qu’il continuera à fonctionner tranquillement jusqu’à ce qu’il s’éteigne. Au fil des ans, les scientifiques ont découvert que le noyau pourrait en fait se déverser dans le manteau, et ce, potentiellement depuis des milliards d’années.
Alors que le noyau interne est estimé à un maximum de 1,5 milliard d’années, on pense que le champ magnétique de la Terre existait déjà il y a trois milliards d’années. Cela laisse à penser qu’une certaine forme de noyau externe était probablement déjà présente. En 2019, des scientifiques ont commencé à réaliser que le noyau avait pu interagir avec le manteau plus tôt que ce qu’on ne l’avait supposé, en libérant des isotopes de tungstène dans le manteau.
En 2020, une autre étude a révélé que le noyau pouvait également laisser échapper du fer dans le manteau. Cependant, il reste flou de comprendre ce que cela implique ou depuis combien de temps cela se produit. Les chercheurs savent seulement qu’un « déversement du noyau vers le manteau sous haute température et pression est possible, et cela pourrait expliquer pourquoi les roches du manteau contiennent beaucoup plus de fer que les météorites ». Mais, quel impact cela pourrait avoir à l’avenir demeure inconnu, et si cette fuite venait à s’intensifier, l’humanité pourrait n’avoir que peu de moyens d’action.