La température du centre de la Terre dévoilée

Grâce à un faisceau de rayons X très performant, des chercheurs français sont parvenus à estimer en laboratoire la chaleur du noyau de notre planète. Explications.

Schéma de la structure interne de la planète Terre. © Hawk-Eye

 

Par Chloé Durand-Parenti

On en sait désormais un peu plus sur la fournaise qui règne au centre de la Terre. Quelque part entre 3 000 et 5 000 kilomètres sous nos pieds, notre planète possède un noyau liquide, essentiellement fait de fer en fusion, au coeur duquel se cache une "graine" solide qui grossit à mesure que celui-ci refroidit. La température qui y règne intrigue depuis longtemps les scientifiques, au point que certains ont été jusqu'à envisager de forer au plus profond du manteau terrestre. Jusqu'ici, toutes les simulations faites en laboratoire restaient inconciliables avec les calculs théoriques, de sorte que le doute continuait de planer. Mais, grâce à la performance du faisceau de rayons X du Synchrotron européen de Grenoble (ESRF), le plus brillant au monde, une équipe française de chercheurs est enfin parvenue à la réévaluer. Et ses résultats se révèlent conformes aux prédictions théoriques. Au centre de la Terre, il ferait ainsi, selon la profondeur, entre 3 800 et 5 500 °C.
Pour réussir ce tour de force expérimental, les scientifiques du CEA, de l'ESRF et du CNRS se sont concentrés sur la température de fusion du fer, à 5 150 kilomètres de profondeur, là où se trouve la limite entre la graine solide et la partie liquide du noyau. Or, ce point de fusion dépend de la pression qui est extrêmement forte dans cette zone : environ 330 gigapascals, soit 3,3 millions d'atmosphères (unité de mesure qui correspond à la pression atmosphérique moyenne, au niveau moyen de la mer, sur la latitude de Paris). La difficulté était donc de parvenir à reproduire ces conditions extrêmes en laboratoire afin de déterminer, le plus précisément possible, la température de fusion du fer à 3,3 millions d'atmosphères.

De minuscules grains de fer entre deux pointes de diamant

Pour ce faire, les chercheurs, qui viennent de publier leurs résultats dans la revue Science, ont comprimé de minuscules grains de fer, de quelques microns, entre deux pointes de diamant. Quant au faisceau de rayons X ultra-fin de l'ERSF, il a permis de chauffer ces minuscules poussières à plusieurs milliers de degrés Celsius. Les scientifiques ont alors poussé leurs observations jusqu'à 4 800 °C et 2,2 millions d'atmosphères. De là, ils ont ensuite extrapolé que, à 3,3 millions d'atmosphères, la température de fusion du fer était d'environ 6 000 °C. Un chiffre qui, compte tenu des autres éléments présents dans le noyau (soufre, silicium, carbone, etc.), leur a permis d'évaluer que la température moyenne au centre de la Terre était comprise entre 3 800 °C, à la limite entre le manteau et le noyau, et 5 500 °C, à la frontière du noyau liquide et de la graine. Une fournaise qui, d'après leurs calculs, générerait un flux de chaleur d'environ 10 térawatts, soit l'équivalent de la production de 40 000 centrales nucléaires.
Or, cette chaleur du noyau planétaire est essentielle dans la mesure où elle influence les mouvements du manteau terrestre, responsables de la tectonique des plaques, aussi bien que l'activité volcanique. De plus, c'est également elle, en plus de celle produite par le manteau, qui permet d'entretenir le champ magnétique qui entoure notre planète et lui confère une sorte de bouclier capable de dévier les particules mortelles du vent solaire. Sans lui, il y a donc fort à parier que la vie ne se serait jamais apparue sur la Terre.