Le centre de la Terre


   C'est l'ultime "terra incognita" : à 6 350 km sous nos pieds, le cœur de notre planète est inaccessible à l'observation directe et garde jalousement son secret. Alors comment connaître le centre de la Terre ?

Quelques pistes pour connaître le centre de la Terre
1 - La littérature. Les aventures au centre le la Terre ne sont guère réalistes.
2 - Creuser. Les forages les plus profonds atteignent 12 km de profondeur et restent donc limités à la croûte terrestre.
3 - Etudier ce qui en sort. Une certitude, le cœur n'est en rien une énorme boule de feu. Cette confusion est entretenue par les coulées de lave venues des profondeurs. Or la matière en fusion provient de chambres magmatiques situées à quelques kilomètres sous la surface.
4 - L'étude du magnétisme terrestre. La Terre se comporte comme un aimant géant situé au centre de la Terre.
5 - L'origine et la formation de la Terre. La Terre s'est formée dans le jeune système solaire par accrétion de gaz et poussières, puis de météorites parfois très grosses. Elle a ensuite fondu partiellement, notamment sous l'effet de la chaleur libérée par les chocs entre la planète et les météorites, et à cause des phénomènes de pression. Sous l'effet de la gravité, les métaux lourds (le fer...) ont migré vers le centre en quelques dizaines de millions d'années, formant ainsi le noyau terrestre, tandis que des éléments plus légers (silicates...) montaient vers la surface de la Terre.
6 - La sismologie. Les ondes émises lors des séismes se propagent dans toutes les directions et parviennent à la surface après avoir traversé des milieux aux propriétés physiques et chimiques variées. Elles sont déviées ou réfléchies aux frontières de ces milieux, ce qui modifie leur périple. La vitesse varie également en fonction de la densité des milieux. En analysant des millions de temps de parcours d'ondes on a pu identifier : - les grandes structures de la Terre - la compositions de ces milieux.
7 - Les expériences récentes en laboratoire. Par exemple, l'enclume de diamants (deux diamants compriment l'échantillon de matière qui est en même temps chauffé par un faisceau laser) permet d'étudier le comportement des matériaux dans des conditions de température et de pression proches de celles qui règnent dans les profondeurs de la Terre.

La structure de la Terre
- Le centre de la Terre est un gigantesque cœur de 2 400 km de diamètre (à 5 150 km de la surface). Il est composé de fer et d'éléments à l'état de traces. C'est le "noyau interne" (ou "graine" de fer solide). La température s'élève à 6 000 °C. La pression est 3 600 000 fois plus forte qu'à la surface. Soumis à ces pressions et ces températures extrèmes, le fer adopterait au cœur de notre planète, à l'image du diamant, une structure en cristal.
- Cette graine baigne dans un immense océan de fer en fusion, le noyau externe. D'énormes tourbillons au sein de ce liquide (courants de convection) génèreraient le champ magnétique. L'instabilité de ces tourbillons provoquerait les modifications du champ magnétique.
- Le manteau est la couche immédiatement supérieure. La limite entre le manteau et le noyau serait aussi accidentée que les fonds marins.
- La croûte terrestre est la couche géologique la plus superficielle.
- L'atmosphère est l'enveloppe gazeuse de notre planète.

Rôle et variations du magnétisme terrestre
 Pour sa taille, la Terre possède le champ magnétique le plus fort de toutes les planètes. Le magnétisme guide la boussole, les animaux lors des migrations... Le magnétisme de la Terre s'étend dans l'espace formant la magnétosphère qui protège la Terre des effets du vent solaire. Les particules sont en partie déviées par les lignes de champ magnétique jusqu'aux pôles, où en ionisant l'atmosphère, elles nappent le ciel d'aurores boréales. Il arrive malgré tout que l'activité solaire parvienne à détruire des satellites artificiels, à faire disjoncter un réseau électrique (en 1989 au Québec) ... En conclusion, le magnétisme a permis la vie sur la Terre.
 Actuellement, les pôles magnétiques sont à 2 000 kilomètres des pôles nord et sud mais le champ se déplace à une moyenne de 10 km/an. A Paris la direction indiquée par les boussoles a pivoté de 30 degrés en 400 ans.
 Les données paléontologiques fournissent quelques pistes. L'étude de la disposition des cristaux dans des laves solidifiées montre que champ était à son maximum il y a 2 000 ans et n'a cessé de diminuer depuis. Il y a 780 000 ans, le nord magnétique correspondait… au pôle sud magnétique actuel. En moyenne, lors des quatre dernières inversions, le champ aurait basculé en 7 000 ans.

La théorie dominante expliquant le magnétisme : la géodynamo.
La théorie de la dynamo terrestre (dès 1936) permet de connaître les conditions pour qu'une planète ait un champ magnétique :
- La planète doit tourner
- Son noyau externe doit être liquide
- Elle doit avoir une source d'énergie interne (sur la Terre : la graine)
Toutes les planètes ont une dynamo sauf Mars qui aurait un noyau dont la solidification serait avancée et Vénus qui fait un tour sur elle-même en un an et dont le noyau se serait refroidi. Le Soleil abrite aussi une dynamo responsable d'un cycle d'activité de 11 ans qui cause des orages magnétiques lors d'une intense activité. Mais cette théorie explique mal les inversions du champ magnétique.


La géodynamo : c'est la théorie dominante mais elle explique mal les inversions du champ magnétique au cours du temps.

Une seconde théorie : le géoréacteur.
Le cœur renfermerait en son centre une boule de 8 km de diamètre d'uranium radioactif, siège de réactions de fissions en chaîne. Ce réacteur nucléaire fournirait une énergie distincte de la radioactivité naturelle produite par trois éléments chimiques radioactifs présents dans la croûte terrestre : le thorium 232, l'uranium 235, l'uranium 238. Selon cette théorie (très contestée) les variations de l'activité du géoréacteur expliquerait les inversions du champ magnétique.

La troisième théorie : le cœur de fer couplé à la radioactivité.
Cette théorie est à la jonction de la géodynamo et du géoréacteur. Un élément lourd le potassium 40 (40K) serait dispersé dans tout le noyau (et non concentré en son centre). Cette théorie cherche à répondre à la question suivante : quelle énergie a permis d'alimenter le champ magnétique terrestre sachant que celui-ci existe depuis 3,2 milliards d'années alors que la graine ne serait âgée que de 2 milliards d'années au maximum ? La réponse est le potassium radioactif dont la radioactivité dégage beaucoup d'énergie. Certains chercheurs pensent que le potassium a pu gagner le centre de la Terre à ses origines en s'alliant avec le fer.


Le géoréacteur : la théorie du réacteur nucléaire (seconde hypothèse) et la théorie de l'alliage de fer et de potassium 40 (troisième hypothèse).





SOURCES :
Sciences et vie n°1 042 (juillet 2004) - Editions Atlas