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Coupe schématique des couches terrestres internes.
1. Croûte continentale
2. Croûte océanique
3. Manteau supérieur
4. Manteau inférieur
5. Noyau externe liquide
6. Noyau interne (ou graine solide)
A. Discontinuité de Mohorovičić
B. Discontinuité de Gutenberg
C. Discontinuité de Lehmann

Le noyau externe est la partie liquide du noyau central de la centre de la Terre, couche intermédiaire située au dessus de la graine solide (noyau interne) et au dessous du manteau terrestre. Comme la graine, le noyau est un alliage métallique, principalement constitué de Fer et de Nickel. Le liquide du noyau externe est animé de mouvements convectifs rapides qui induisent un effet dynamo à l'origine du champ magnétique terrestre.

Structure[modifier | modifier le code]

Les études des ondes sismiques se propageant à l'intérieur du globe terrestre ont permis à Richard Oldham [1] de proposer l'existence d'un noyau central à l'intérieur de la Terre, plus dense. En effet, les ondes sismiques P, ou ondes primaires ou de compression, se réfractent vers le bas à l'interface Noyau Manteau, située à 2900 km de profondeur, laissant une "zone d'ombre" à la surface de la Terre, c'est-a dire que les ondes P n'apparaissent plus sur les sismogrammes enregistrés dans la zone d'ombre située à une distance de 103° à 142° de l'épicentre du séisme. Cette discontinuité sismique est connue sous le nom de discontinuité de Gutenberg, selon le nom du sismologue allemand Beno Gutenberg qui caractérisa cette interface en 1914[2].

Plus tard, en 1926, Harold Jeffreys découvrit que les ondes S, ou ondes secondaires ou de cisaillement, ne pouvait pas se propager dans le noyau externe, prouvant ainsi la nature fluide de la matière[3].

En 1936, la sismologue danoise Inge Lehmann découvrit toutefois des ondes P dans la zone d'ombre qu'elle interpréta comme la réfraction des ondes P à la surface de la graine terrestre solide (noyau interne) qu'elle découvrait ainsi[4].

Cette structure fut confirmée par la sismologie moderne et en particulier par le modèle inverse PREM (Preliminary Reference Earth Model) [5]. Selon PREM, le noyau externe actuel est une couche intermédiaire qui commence à la surface de la graine située à 1220 km (±5km) de rayon et se termine à la base du manteau 3480 km (±10km) de rayon[6].

La pression statique peut se déduire de la connaissance de la densité en fonction de la profondeur (et donc de la gravité). Il règne une pression de 330 Gigapascal à la base du noyau liquide[7].

Zone d'ombre des ondes P(USGS)

Composition[modifier | modifier le code]

Il n'y a pas d'observation directe de la matière qui constitue le noyau terrestre. L'étude chimique des météorites a permis aux géochimistes de construire un modèle de Terre qui par soustraction du manteau terrestre des météorites non différenciées permet de déduire que le noyau terrestre est principalement constitué de fer et d'un peu de Nickel. Comme la densité du matériel mesurée par les sismologues est grosso modo comparable à celle du fer dans les conditions de pression et de température du centre de la Terre, nous convenons que le noyau est principalement constitué de fer.

Toutefois, l'excellente précision des mesures de densité du fer pur en laboratoire dans les conditions de pressions et de température du noyau terrestre montre que la densité du liquide du noyau liquide lui est légèrement inférieure à celle du fer pur (de l'ordre de 10%). Le liquide du noyau serait donc un alliage de fer et d'éléments plus légers tel que le silicium, l'oxygène, le soufre, le carbone[8] [9].

Lors de l'accrétion de la Terre, les météorites (et protoplanètes) ont fondu lors de leur impact avec la Terre. Le fer (et le nickel), plus dense, a coulé alors vers la partie centrale de la planète pour y former le noyau liquide. Ce processus de différentiation entre le noyau et le manteau aurait été assez rapide (<100 Millions d'années) selon les géochimistes. Lors de sa migration vers le centre, le fer en fusion au contact des roches silicatées a collecté certains éléments chimiques. Parmi eux, les éléments dits sidérophiles qui, aujourd'hui semblent manquer dans le manteau terrestre en comparaison de leur teneur dans les météorites. Parmi eux, l'or, le cobalt, le manganèse, le platine... mais aussi les éléments légers qui forment l'alliage du noyau liquide[10].

Lors du refroidissement de la Terre, le liquide va se cristalliser en formant la graine terrestre au centre du noyau liquide. La densité de la graine, selon les sismologues, est plus dense que le noyau liquide environnant. Elle serait donc plus pure en fer, ce qui, par conséquence amènerait le noyau liquide a être de plus en plus concentré en éléments légers au fur et à mesure que la graine croit.

La température se déduit des mesures de température de fusion du fer sous haute pression [11]. A la pression de la surface de la graine, la température de fusion du fer est de l'ordre de 5000K. Selon les études et la composition des alliages, cette température varie beaucoup, de l'ordre de 500 à 1000K. En supposant un noyau liquide thermodynamiquement isentrope, on peut évaluer que la température à la surface du noyau liquide est 2000K plus faible qu'à sa base.

Dynamique[modifier | modifier le code]

Le fluide du noyau liquide est très peu visqueux. La viscosité du liquide contenu dans le noyau est évaluée par les géophysiciens en observant l'évolution de la rotation de la Terre. En effet, un liquide visqueux "attacherait" fortement le noyau au manteau terrestre et l'atténuation des oscillations de l'axe de rotation de la Terre[12] (précession et nutation) s'est verrait fortement affectée[13]. D'autres méthodes d'évaluation conduisent à des résultats très différents et la viscosité du noyau liquide reste très mal déterminée. Pour autant, en première approximation, on considére que le liquide du noyau a la même viscosité dynamique que l'eau. comme pour les océans de surface, la dynamique du noyau liquide va être fortement influencée par la rotation de la Terre.

Le refroidissement de la Terre entraine des mouvements de convection thermique dans la noyau externe. La matière chaude, plus légère, monte dans le champ de gravité par rapport à la matière refroidie en surface, plus dense, qui va redescendre vers la graine. La force de Coriolis engendre un enroulement de la matière sous forme de tourbillons[14].

Dynamo[modifier | modifier le code]

Le noyau externe est animé de mouvements convectifs rapides qui induisent un effet dynamo[15] à l'origine du champ magnétique terrestre[16].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. ↑ Richard Dixon Oldham, « The constitution of the interior of the Earth as revealed by Earthquakes », G.T. Geological Society of London, vol. 62,‎ , p. 459–486
  2. ↑ B. Gutenberg, « Über Erdbebenwellen VII A. Beobachtungen an Registrurungen von Fernbeben in Göttingen und Folgerungen über die Konstitution des Erdkörpers », Nachr. Ges. Wiss. Göttingen Math. Physik. Kl.,‎ , p. 166-218
  3. ↑ H. Jeffreys, « The Rigidity of the Earth's Central Core », Geophysical Journal International, vol. 1,‎ , p. 371–383
  4. ↑ I. Lehmann, « P' », Publications du Bureau Central Sismologique International, vol. 14,‎ , p. 87-115
  5. ↑ Dziewonski, A.M. and Anderson, D.L., « Preliminary reference Earth model », Physics of the Earth and Planetary Interiors,‎ , p. 297-356, (DOI 10.1016/0031-9201(81)90046-7)
  6. ↑ « Le coeur de la Terre dévoilé par les ondes », Pour la science,‎ (lire en ligne, consulté le )
  7. ↑ http://www.futura-sciences.com/magazines/terre/infos/actu/d/geologie-terre-temperature-noyau-mieux-connue-46153/
  8. ↑ Claude J. Allègre, Jean-Paul Poirier, Eric Humler, Albrecht W. Hofmann, The chemical composition of the Earth, Earth and Planetary Science Letters, 134, 1995
  9. ↑ James Badro, Alexander S. Côté and John P. Brodholt, A seismologically consistent compositional model of Earth’s core, PNAS, 111, 2014
  10. ↑ http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actu-le-noyau-terrestre-est-riche-en-soufre-35499.php
  11. ↑ http://www.journaldelascience.fr/physique/articles/chercheurs-determinent-temperature-noyau-terrestre-avec-une-precision-inegalee-3027
  12. ↑ Sean Bailly, « La rotation du noyau terrestre enfin comprise », Pour la Science,‎ (lire en ligne, consulté le )
  13. ↑ (en) Gilles A. de Wijs et al., « The viscosity of liquid iron at physical conditions of the Earth's core », Nature, vol. 392,‎ , p. 805 – 807 (lire en ligne, consulté le )
  14. ↑ http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/convection-du-noyau.xml
  15. ↑ « Le moteur de la dynamo terrestre », Pour la science,‎ (lire en ligne, consulté le )
  16. ↑ « Le noyau de la Terre : et pourtant il tourne », La Recherche,‎ , p. 58 (lire en ligne, consulté le )

Articles connexes[modifier | modifier le code]

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