Que contient le noyau terrestre ?

(Dan Tri) – Le noyau solide de la Terre n'est pas seulement composé de fer, mais contient également du carbone, de l'oxygène et du silicium. Cette découverte apporte une solution au mystère vieux de plusieurs siècles concernant la formation du noyau et le maintien du champ magnétique qui protège la vie.

Le noyau terrestre ne serait pas composé uniquement de fer ; il semblerait qu’il contienne également du carbone. De nouvelles recherches ont révélé la présence d’oxygène et de silicium (photo : Getty Images).

Le noyau riche en fer au centre de la Terre joue un rôle clé dans l’évolution de la planète. Il alimente non seulement le champ magnétique – le bouclier qui protège l’atmosphère et les océans du rayonnement solaire – mais il est aussi le moteur de la tectonique des plaques, qui remodèle constamment les continents.

Malgré son importance, de nombreuses propriétés fondamentales du noyau restent un mystère : quelle est sa température, de quoi est-il composé et quand a-t-il commencé à se solidifier ? Une découverte récente permet aux scientifiques de se rapprocher des réponses à ces trois questions.

La température du noyau interne est estimée à environ 5 000 kelvins (4 727 °C). Initialement liquide, le noyau se refroidit progressivement, cristallisant son intérieur solide et s'étendant vers l'extérieur. Ce dégagement de chaleur est à l'origine des courants tectoniques des plaques.

Ce refroidissement est également à l'origine du champ magnétique terrestre. Une grande partie de l'énergie magnétique actuelle est maintenue par la solidification du noyau externe liquide, qui alimente le noyau central solide.

Cependant, faute d'accès direct, les scientifiques sont contraints de se fier à des estimations pour comprendre le mécanisme de refroidissement et les propriétés du noyau. Pour ce faire, le facteur le plus important est la détermination de sa température de fusion.

Grâce à la sismologie – l’étude des ondes sismiques – nous connaissons précisément la limite entre le noyau solide et le noyau liquide. La température à cette limite correspond également au point de fusion, c’est-à-dire la température à partir de laquelle la solidification commence.

Par conséquent, si la température de fusion peut être déterminée avec précision, on comprendra mieux la température réelle du noyau et sa composition chimique interne.

Chimie mystérieuse

Il existe deux approches principales pour comprendre la composition du noyau terrestre : l’étude des météorites et l’analyse des données sismiques.

Les météorites sont considérées comme des vestiges de planètes non encore formées ou des fragments de noyaux de planètes détruites. Leur composition chimique suggère que le noyau terrestre est principalement composé de fer et de nickel, éventuellement mêlés à quelques pourcents de silicium ou de soufre. Toutefois, ces données sont encore préliminaires et insuffisamment précises pour être définitives.

La sismologie, quant à elle, offre une vision beaucoup plus détaillée. Les ondes sismiques des tremblements de terre se propagent à travers la Terre à des vitesses différentes selon le matériau qu'elles traversent. En comparant les temps d'arrivée des ondes aux stations de mesure avec les résultats expérimentaux de la vitesse de propagation dans les minéraux et les métaux, les scientifiques peuvent élaborer des modèles de l'intérieur de la planète.

Les résultats ont montré que le noyau terrestre est environ 10 % plus léger que le fer pur. En particulier, le noyau externe liquide est plus dense que le noyau interne solide – un paradoxe qui ne peut s'expliquer que par la présence de certains éléments mineurs.

Même en restreignant l'éventail des compositions possibles, l'énigme demeure. Différents scénarios aboutissent à des températures de fusion qui varient de plusieurs centaines de degrés Celsius, ce qui complique la détermination des propriétés exactes du cœur.

Une nouvelle restriction

Dans cette nouvelle étude, les scientifiques ont utilisé la physique des minéraux pour comprendre comment le noyau terrestre a commencé à se solidifier – une approche plus précise que la météorologie et la sismologie.

Les simulations montrent que, lors de la cristallisation des atomes d'un métal liquide en un solide, chaque alliage nécessite un degré différent de surfusion, c'est-à-dire un refroidissement en dessous de son point de fusion. Plus le processus est intense, plus le risque de solidification du liquide est élevé.

Par exemple, l'eau dans un congélateur peut être refroidie à -5°C pendant des heures avant de geler, tandis que les gouttelettes d'eau dans les nuages ​​peuvent se transformer en grêle après seulement quelques minutes à -30°C.

Les calculs indiquent que le sous-refroidissement maximal du noyau est d'environ 420 °C en dessous de son point de fusion. Si ce seuil était dépassé, le noyau interne serait anormalement volumineux par rapport aux données sismiques. Par ailleurs, la cristallisation du fer pur nécessiterait 1 000 °C, ce qui est impossible puisque le noyau serait alors entièrement solidifié.

L'ajout de silicium ou de soufre n'est d'aucune utilité et pourrait même refroidir davantage le noyau.

Ce n'est qu'en tenant compte du carbone que le tableau devient cohérent. Si le carbone représente 2,4 % de la masse du noyau, il faudrait environ 420 °C pour solidifier le noyau interne ; avec 3,8 % de carbone, cette température chute à 266 °C, un chiffre bien plus plausible. Il s'agit de la première preuve que le carbone joue un rôle significatif dans la cristallisation du noyau.

Le noyau ne peut cependant pas être composé uniquement de fer et de carbone, car les données sismiques exigent la présence d'au moins un autre élément. Les recherches suggèrent qu'il pourrait également contenir de l'oxygène, voire du silicium.

Source : https://dantri.com.vn/khoa-hoc/loi-trai-dat-chua-dung-nhung-gi-20250923025913011.htm