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Avec la gravitégravité et les ondes sismiques, le champ magnétiquechamp magnétique de la Terre est le troisième phénomène qui permet de sonder l'intérieur de la Terre à grandes profondeurs. En combinant l'étude de ces trois phénomènes avec les données de la géochimie, nous savons que lors de sa naissance, la Terre s'est différenciée très rapidement -- avec un noyau, un manteaumanteau et une croûtecroûte -- à partir d'un matériaumatériau très proche de celui trouvé aujourd'hui dans certaines météoritesmétéorites appelées chondrites à enstatite. Il n'aurait fallu que quelques dizaines de millions d'années pour qu'apparaisse un noyau de ferfer et de nickelnickel liquideliquide, prenant en sandwich, avec la croûte, le manteau de notre planète.
La magnétosphèremagnétosphère de la Terre nous est précieuse car elle constitue un bouclier protecteur de la biosphère et de l'atmosphère contre les rayons cosmiquesrayons cosmiques et l'érosion que pourrait causer le vent solairevent solaire (il a contribué à faire disparaître l'atmosphère de Mars). Les géophysiciens cherchent bien sûr à comprendre son origine et ils ont en grande partie réussi en construisant des modèles de l'intérieur de la Terre ainsi que des simulations numériquessimulations numériques. Ces modèles et simulations sont contraints par les observations des sismologues, les expériences à hautes pressionspressions effectuées avec les cellules à enclumes de diamantdiamant et, enfin, la fameuse expérience VKS qui a permis de tester nos idées sur l'origine des inversions du champ magnétique de la Terre.
Entretiens avec Gauthier Hulot, chercheur IPGP-CNRS, et des membres de l'équipe géomagnétisme. © Chaîne IPGP
Une magnétosphère vieille d'au moins 3,5 milliards d'années
Nous savons que ce champ magnétique est engendré par des mouvementsmouvements de convectionconvection turbulents dans la partie liquide du noyau de la Terrenoyau de la Terre, le tout en relation avec la rotation de notre planète. Il s'est ainsi formé une géodynamo auto-excitatrice où champs magnétiques et courants électriquescourants électriques s'amplifient mutuellement. Mais, pour maintenir la convection à l'origine de cette géodynamo, il faut de l'énergieénergie. On pense qu'elle provient en grande partie de la chaleurchaleur latente de cristallisation libérée dans le noyau par la formation de la graine, la partie solidesolide du noyau découverte par la Danoise Inge Lehmann.
Toutefois, tout semble indiquer que le début de cette cristallisation est récent. Il se serait produit il y a entre 2 milliards et 500 millions d'années. Or, on trouve des traces de la présence du champ magnétique de la Terre dans des minérauxminéraux appartenant à des roches âgées d'environ 3,5 milliards d'années, découvertes en Afrique du Sud. Il est même possible que le bouclier magnétique de la Terre soit en place depuis plus de 4 milliards d'années si l'on prend au sérieux quelques indications ténues de sa présence, enregistrées par les zirconszircons australiens de Jack Hills. C'est d'autant plus probable que Mars possédait un tel bouclier, bien que transitoire, très précocement, vers 4,4 milliards d'années probablement. C'est ce que nous indique l'étude de la météorite martienne ALH84001.
De la chaleur libérée par l'exsolution de l'oxyde de magnésium du noyau
Comment résoudre cette contradiction ? James Badro, Julien Siebert et Francis Nimmo viennent de proposer une explication dans le journal Nature. Ils supposent que le noyau de la Terre était initialement enrichi en oxyde de magnésiummagnésium. Lorsqu'il a commencé à refroidir, un phénomène d'exsolution l'a conduit à quitter le noyau pour se concentrer juste au-dessus de lui, dans le manteau. Une grande quantité d'énergie libérée a accompagné le phénomène et, si la quantité d'oxyde de magnésium injectée dans le manteau était assez grande, ce qui est plausible, cette énergie pouvait être très largement supérieure à celle que libère actuellement la croissance de la graine.
Mais comment du magnésium s'est-il retrouvé dans le noyau de la Terre alors que les lois de la géochimie indiquent que lors de sa différentiationdifférentiation il se serait plutôt retrouvé dans le manteau ? Réponse : à cause des collisions avec des petites planètespetites planètes, comme celle à l'origine de la LuneLune et baptisée Théia, qui avait probablement la taille de Mars. Le noyau de ThéiaThéia aurait rapidement été englouti par celui de la jeune Terre dans laquelle il s'est enfoncé, entraînant avec lui des roches du manteau riches en magnésium.
L'hypothèse est élégante et rend crédible l'hypothèse que des superterressuperterres et des exoterres ont pu posséder rapidement, elles aussi, d'un bouclier magnétique pour les mêmes raisons. De quoi intéresser les exobiologistes.
