Centre de la Terre et magnétisme terrestre.

        Mon article sur la structure de la terre a été lu par beaucoup de correspondants et m’a valu quelques messages.

L’un d’entre eux me dit que je n’ai pas été assez précis et que le noyau de la terre se compose en réalité de 3 parties au lieu de 2.

C’est probablement vrai, mais c’est une découverte assez récente, et je n’avais pas voulu trop compliquer la  question, déjà assez complexe.

Je vais essayer de donner un complément d’information.

Je vous rappelle la structure que j’avais détaillée dans mon article du premier mai. (voir schéma).

La terre était composée de trois grandes parties : une croute superficielle peu épaisse (15 km max sous les océans, 70 km sous les continents), une couche sous jacente épaisse d’environ 2900 km, appelée le manteau et composée de trois parties, la couche intermédiaire étant plastique. 

Enfin le « noyau » central, composé de fer et de nickel était composé de deux partie, une première partie liquide sous l’effet de la pression et de la température, le noyau externe (épaisseur environ 2200 km) et le noyau intérieur solide, de rayon 1270 km, qui est également appelé « graine).

Il est constitué par cristallisation progressive du fer et du nickel du noyau externe. La pression de 3,5 millions de bars, le maintient dans un état solide malgré une température supérieure à 6000 °C et une densité d’environ 13.

La nouveauté est que ce noyau intérieur, la graine, serait lui même composé de deux parties. La graine aurait une petite graine interne, mais on ne sait pas grand chose sur elle, dont le rayon serait de l’ordre de 600 km.(à peu près la moitié de celui de la graine.

Comment les scientifiques et en particulier Philippe Cardin chercheur du CNRS à l’institut des Sciences de la Terre à Grenoble sont ils arrivés à cette conclusion.

Les sismologues ont observé, lors de tremblements de terre,  les signaux enregistrés par les sismographes de 567 couples de stations diamétralement opposées sur la terre.

Ils ont comparé les temps d’arrivée des signaux réfléchis et diffusés, qui passent par le centre de la terre et de ceux qui passent par le bord de la graine (voir schéma).

Ils en ont déduit les vitesses de propagation des ondes sismiques pour les divers couples de stations. Ils ont trouvé que ces vitesses n’étaient pas uniformes, mais qu’il y avait des directions pour lesquelles elles étaient maximales (ils ont appelé ces directions les « axes rapides ».

Ils ont constaté que cette anisotropie était de 70% plus élevée pour les ondes passant par le centre de la graine. De plus pour la partie périphérique de la graine l’axe rapide est orienté Nord-sud (P1/P2), alors que pour le centre de la graine, il est orienté selon un plan équatorial (E1/E2).

Ils en ont déduit qu’il existait une « sous-graine interne », responsable de ces phénomènes.

Les géologues ne savent pas pour le moment expliquer le phénomène.

On sait qu’au départ, tout le noyau était liquide, puis que environ 100 millions d’années après la formation de la Terre, la partie centrale aurait refroidi et se serait cristallisée et serait uniquement composée de Fer et de nickel, les autres éléments tels qu’ oxygène, soufre, carbone…, étant renvoyés dans le noyau externe.

Il est possible qu’ultérieurement les cristaux de fer se soient orientés différemment ou aient cristallisé dans des structures cristallines différentes  au centre de la graine et à sa périphérie. 

La connaissance du noyau est importante pour expliquer la formation de la terre et surtout du champ magnétique terrestre. On pense que l’expulsion des éléments autres que fer/nickel hors de la graine a provoqué des écoulements  et des mouvements de convection à l’intérieur du noyau externe liquide conducteur (c’est du fer). Ces mouvement sont ensuite entretenus pour évacuer la chaleur du noyau.

Des calculs numériques complexes et des expériences sur du sodium liquide, notamment en 2006), ont montré qu’il peut y avoir apparition spontanée d'un champ magnétique dans un fluide conducteur turbulent. Ce champ induit des courants qui eux mêmes induisent des champs magnétiques et il y a autorenforcement. Le champ magnétique agit lui même sur les mouvements du fluide ferromagnétique et  un équilibre relativement stable se produit. (on appelle ce phénomène « l’effet dynamo » terrestre.

La rotation de la terre et les forces de Coriolis ont une influence, de même que les variations de position de l’axe de rotation de la Terre.

Ces expériences ont montré que dans certaines condition ce champ pouvait varier et même se renverser. Ceci corrobore des observations sur l’orientation de couches sédimentaires qui font supposer qu’il y a eu dans les temps géologiques, des inversions du champ magnétique terrestre.

Des théories analogues expliquent les champs magnétiques du soleil et des étoiles, mais celles-ci sont constituées de plasma et non de fer liquide et donc les équations qui président aux mouvements internes sont très différentes.

Pour ceux qui sont très calés en physique, vous trouverez un article complet sur le champ magnétique terrestre à l’adresse suivante : 

http://www.astrosurf.com/luxorion/terre-champ-magnetique2.htm

Les géologues, les physiciens et les mathématiciens ont encore beaucoup de travail devant eux.