Les mesures des ondes sismiques ne collent pas avec nos prédictions sur la structure du noyau de la Terre. Il faut donc peut-être revoir notre modèle. Des chercheurs proposent une solide solution : de la « neige de fer » s'écoulant du noyau externe vers le noyau interne.

« C’est une chose bizarre à imaginer », illustre le géologue Nick Dygert pour décrire sa propre théorie. Vous le savez sûrement : plus on s’enfonce au cœur de notre planète, plus les températures s’élèvent. Les prédictions sur le sujet estiment que le noyau dur de la Terre atteindrait 6 000 degrés Celsius. Pourtant, une étude publiée ce 19 décembre 2019 propose l’existence d’une « neige » s’empilant sur le noyau interne de notre planète. Mais ce n’est évidemment pas n’importe quel type de neige.

L’analyse directe du cœur de la Terre est impossible. Cette partie-là est trop profonde, trop éloignée de nous, pour que nous puissions en récupérer le moindre échantillon ni en faire la moindre observation directe. Notre meilleur outil réside dans certains types d’ondes sismiques, dont l’énergie source provient du cœur de notre planète et qui remontent à la surface. À cela, il faut rajouter les mathématiques et les géosciences. C’est en combinant les ondes sismiques avec des calculs et des observations externes que nous en savons plus sur la structure terrestre et sa composition interne.

Très loin sous nos pieds, après toutes les différentes croutes formant le manteau, soit à presque 3 000 kilomètres de profondeur, il y a d’abord le noyau externe. D’une épaisseur d’environ 2 000 km, il est liquide et composé principalement de fer, de nickel, mais aussi de soufre, d’oxygène et de silicium. Ce premier noyau se cristallise progressivement lorsqu’on s’enfonce, jusqu’à former le noyau interne, aussi appelé la « graine », une boule solide de 1 220 kilomètres de rayon et constituée d’un alliage de fer et de nickel. À l’interface entre le noyau interne et le noyau externe, la pression et la température sont immenses : les matériaux métalliques sont en fusion. Le noyau terrestre total occupe 17 % du volume de toute la planète et 33 % de sa masse.

Cette explication répond aux aberrations dans les mesures

Puisque nous nous basons énormément sur les ondes sismiques pour étudier le cœur de notre planète, toute étrangeté relevée dans ces mesures peut remettre en question le modèle préétabli. Il y a justement, depuis quelques années, un décalage entre les valeurs normales que l’on devrait trouver… et les valeurs réelles des ondes sismiques détectées. Lorsque ces ondes traversent la base du noyau externe, elles ralentissent bizarrement, bien plus lentement que ce que l’on prédit dans notre conception structurelle de la Terre. Encore plus étranges, elles sont plus lentes à l’hémisphère Est qu’à l’hémisphère Ouest.

Cela voudrait dire que le noyau interne est recouvert d’une couche en quelques sortes visqueuse, répartie de manière inégale. C’est là qu’intervient la solution géologique présentée par Nick Dygert et ses collègues, pour résoudre cette énigme : de la neige. Mais cette « neige » serait constituée de fer. Les flocons n’ont donc rien à voir avec ceux grâce auxquels vous pouvez faire des batailles avec vos amis, ils sont bien plus lourds et brulants.

Des amas de neige métalliques pouvant atteindre 200 m d’épaisseur

Cette neige serait générée par le noyau externe, dont la fusion ferait « tomber » ces flocons sur le noyau interne. La neige s’empilerait ainsi sur la graine, en « créant des amas pouvant atteindre 200 mètres d’épaisseur en recouvrant le noyau interne ». Les différences entre les hémisphères s’expliquent alors tout simplement par des variations dans le processus de cristallisation, certaines zones du noyau externe émettant plus ou moins de « neige de fer ».

Les chercheurs relèvent avec humour que, si cela pourrait nous apparaître comme une sorte de « pays des merveilles d’un hiver extraterrestre », ce processus est en fait très similaire à la façon dont la roche se forme au sein des volcans. Dans les chambres magmatiques, lorsque les minéraux se compactent, cela forme ce qu’on appelle des cumulats. Les particules de fer se cristallisent, puis ces cristaux chutent au fond de la chambre magmatique pour former un cumulat, c’est-à-dire de la roche. L’explication des chercheurs, transposant ce processus au cœur de la Terre, apparaît tout à fait cohérente.

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Un chercheur l’avait déjà envisagé dans les années 1960

L’idée avait déjà été envisagée par le scientifique russe S.I. Braginskii, dans les années 1960. Il envisageait alors une couche boueuse située à l’intersection du noyau interne et du noyau externe. Mais les modèles les plus récents rejetaient cette possibilité. On considérait que les conditions de température et de pression dans le cœur de la Terre ne pouvaient pas permettre la moindre cristallisation.

Une nouvelle information sur la formation de la Terre ?

Sauf que des données récentes en sciences des matériaux, couplées à des expériences menées notamment par Youjun Zhang, l’un des co-auteurs de l’étude sur la « neige de fer », aboutissent à la conclusion que, finalement, ces cristaux de fer peuvent tout à fait se former dans telles conditions, de la même manière que dans les fameuses chambres magmatiques.

Cette étude, en défendant solidement la théorie d’une neige de fer, peut répondre à de nombreux questionnements sur la structure de notre planète. Si cela justifie le ralentissement étrange des ondes sismiques, cela explique tout autant le fait que le noyau interne ne soit pas parfaitement sphérique. Ces avancées peuvent aussi nous faire progresser notre connaissance de la formation de la Terre… et de bien d’autres planètes.

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