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Nouvelle estimation de la température du noyau de la Terre

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7 178 lectures / 3 commentaires26 avril 2013, 10 h 06

temperatures_noyau_TerreVue d'artiste des différentes enveloppes de la terre profonde avec leurs pressions et températures caractéristiques : la croûte, le manteau supérieur et inférieur (rouge), le noyau liquide (orange) et la graine (jaune). La pression à la limite noyau liquide-graine est de 3,3 millions d'atmosphères. Sa température est proche de la température de fusion du fer à cette pression.
© ESRF

Des scientifiques du CEA, de l'ESRF et du CNRS ont déterminé la température près du centre de la Terre, à la frontière de son noyau de fer solide. Ils ont soumis un échantillon de micro-grains de fer aux conditions extrêmes que l'on trouve dans le noyau terrestre, la zone la plus profonde de notre planète. En utilisant le faisceau de rayons X de l'ESRF, le plus brillant du monde, ils ont ainsi mesuré le point de fusion et, en confrontant cette propriété aux mesures réalisées par les sismologues, en ont déduit avec une bonne précision la température dans le noyau : entre 3 800°C et 5 500°C suivant la profondeur.

La Terre est comparable à une gigantesque machine thermique, dont la chaleur provient en partie de son noyau, situé au-delà de 2 900 km de profondeur, une zone constituée essentiellement de fer et où règne une pression supérieure à 1 million d'atmosphères (ou 100 Gigapascals). La chaleur provenant du noyau est essentielle car elle influence la nature des mouvements convectifs dans le manteau, responsables de la tectonique des plaques. C'est aussi cette chaleur qui permet d'entretenir le champ magnétique terrestre.

Comment estimer sa température, en l'absence de moyen de mesure directe ?

Le noyau est en grande partie liquide mais, en observant les ondes sismiques qui traversent la Terre, les sismologues savent que sa partie la plus profonde, qu'on appelle la graine, est solide. La graine grossit très lentement par solidification du noyau liquide. A la limite noyau-graine, à 5 150 km de profondeur et 3,3 millions d'atmosphères de pression, la température doit donc être proche de la température de fusion du fer. Pour connaitre la température dans le noyau terrestre, il suffit donc de connaitre la température de fusion du fer à 330 Gigapascals (GPa)...
Cette question avait déjà motivé plusieurs équipes mais jusqu'à présent, les évaluations expérimentales et théoriques divergeaient. Les chercheurs du CEA[1], de l'ESRF[2] et du CNRS[3] ont essayé de comprendre cette divergence.

De minuscules grains de fer, de la taille de grains de poussière (quelques microns), ont été comprimés entre deux pointes de diamants, créant ainsi une pression atteignant 2 millions d'atmosphères. Un faisceau laser a permis de chauffer les échantillons à plusieurs milliers de degrés.
Grâce à un faisceau ultra fin de rayons X de l'ESRF, les chercheurs ont pu déterminer par diffraction l'état de l'échantillon, solide ou en fusion, jusqu'à des valeurs de 4 800°C et 2,2 millions
d'atmosphères. Cette technique n'avait pas encore été employée car elle est très difficile à mettre en oeuvre pour des échantillons si petits. Les mesures ont confirmé les résultats théoriques.
Les chercheurs pensent aussi savoir pourquoi les précédentes évaluations expérimentales de la température de fusion du fer dans ces conditions, en particulier une étude allemande datant de 1993, différaient des calculs théoriques : un phénomène de re-cristallisation du fer, pendant l'expérience, en serait à l'origine.

Extrapolées jusqu'à 3,3 millions d'atmosphères, les mesures donnent une température de fusion du fer de 6 000°C environ. L'accord entre mesure et prédictions théoriques permet maintenant d'estimer avec une bonne précision la température dans le noyau : entre 3 800°C et 5 500°C suivant la profondeur.

Le flux de chaleur qui s'en échappe serait alors d'environ 10 térawatts, une valeur qui confirme les modèles géophysiques du champ magnétique terrestre. Il pourrait suffire à faire fondre le manteau à sa base, ce qui favoriserait des mouvements de montée d'un fin panache de matériau mantellique vers la surface de la Terre. Ces panaches sont responsables de la formation de volcans qu'on appelle « points chauds » comme ceux qui constituent les îles d'Hawaii ou de la Réunion.

Référence

S. Anzellini, A. Dewaele, M. Mezouar, P. Loubeyre, G. Morard : Melting of Iron at earth's Inner Core Boundary based on Fast X-ray Diffraction, Science 26 April 2013 (R. Boehler, Temperatures in the Earth's core from melting-point measurements of iron at high static pressures, Nature 363, 534 - 536 (10 June 1993); doi:10.1038/363534a0)

Notes

  1. Direction des applications militaires du CEA, Bruyères-le-Châtel (91).
  2. Synchrotron européen de Grenoble.
  3. Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés (CNRS/UPMC/université Paris Diderot/Institut de physique du globe de Paris/IRD).

Auteur

Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives

Les opinions exprimées dans cet article n'engagent que leur auteur et ne reflètent pas nécessairement celles de notre-planete.info

3 commentaires

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Kristall2002 le 26/04/2013, 11:04
Merci de l'info très interessante . "je comprend mieux pourquoi on installe le chauffage au sol"alerte
Strange le 26/04/2013, 13:22
Hello Kristall2002 quel est le rapport entre le chauffage au sol et cet article? Je ne vois pas où tu veux en venir? Mais peut-être est-ce un trait trait d'humour auquel cas j'y adhère complètement... Bonne journée
Très intéressant mais j'avoue humblement que j'ai du mal à saisir la différence de température entre 3 800 et 5 500 ° à part que bien entendu la température est plus élevée mais lorsqu'on atteint de telles températures c'est vraiment difficile de se représenter le différentielalerte
Willy Furter le 27/04/2013, 20:25
comment expliquer que la croûte terrestre soit d'environ 10°C?alerte

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