Le noyau terrestre a des fuites d'hélium

L'héliumhélium est l'un des éléments chimiqueséléments chimiques composant les roches terrestres et une partie est héritée du temps où notre Planète a entamé sa formation. L'hélium, comme d'autres éléments volatiles, était en effet présent dans la nébuleusenébuleuse à l'origine de notre SoleilSoleil et des autres planètes du Système solaireSystème solaire. L'étude de ces éléments au sein des roches terrestres, et notamment leur quantité, permet ainsi de remonter à la composition de la nébuleuse primitive et de retracer l'histoire de la formation de la Terre.

Un gaz primordial stocké dans les profondeurs de la Terre

Les analyses chimiques des roches montrent que ces éléments volatiles sont présents dans les parties très internes de la Terre : le manteaumanteau et potentiellement, le noyau. Si nos connaissances de la composition du manteau primitif commencent à être assez précises, la composition du noyau terrestre reste encore très approximative, à cause de l'impossibilité d'avoir accès à ces régions très profondes du globe.

On sait cependant par observation directe que de l'helium-3 (³He) s'échappe en continu de l'intérieur de la Terre au niveau des dorsales, lors du processus de création de la croûte océanique. Or, contrairement au très courant hélium-4 (⁴He) que l'on trouve en abondance sur Terre -- et qui est l'un des produits de la désintégration des éléments radioactifs uraniumuranium et thoriumthorium --, l'hélium-3 est un gazgaz primordial très rare, créé peu de temps après le Big Bang. Il faisait ainsi partie de la nébuleuse qui a donné naissance au Soleil et à la Terre.

L'hélium-3 est un gaz primordial créé au moment du Big Bang, contrairement à l'hélium-4 qui résulte de la désintégration d'éléments radioactifs. © MozZz, Fotolia

Malgré les différentes étapes dans la formation de la Terre qui ont largement contribué au dégazage des éléments volatiles primordiaux, notamment durant l'intense bombardement météoritique, la formation de la LuneLune ou encore la solidification de l’océan de magma, il apparait que la Terre a réussi à conserver un réservoir d'hélium-3, caché dans ses couches profondes. Mais où est-il situé exactement et quelle est la quantité de ³He restante ?

Le noyau externe, réservoir d’hélium-3 ?

La présence d'hélium-3 dans les basaltes produits au niveau des dorsales océaniquesdorsales océaniques, mais également des points chaudspoints chauds, indique que ce réservoir est situé en profondeur et que cet élément chimique est certainement transporté vers la surface via le processus de convection du manteau. Gaz léger par excellence, une fois libéré en surface, l'hélium-3 n'est que très peu recyclé : seule une infime quantité retournera dans les profondeurs du manteau par le biais des zones de subductionzones de subduction. La quasi-totalité de ce gaz est en effet libéré dans l'atmosphèreatmosphère, puis dans l'espace. Acquis il y a 4,56 milliards d'années, le réservoir profond d'hélium-3 n'est donc pas réapprovisionné.

L'hélium-3 est libéré dans l'atmosphère au niveau des dorsales océaniques. Une très faible part sera recyclée au niveau des zones de subduction. © Christoph Burgstedt, Fotolia

Dans une étude récente, des scientifiques se sont intéressés à la caractérisation de ce réservoir. Leur hypothèse de base est que le noyau terrestre pourrait représenter une bonne zone de stockage pour ce gaz primordial. Situé à plus de 2.800 km de profondeur, le noyau est, en effet, la région la plus profonde de la Terre et représente donc la zone la plus protégée des impacts météoritiques impliqués dans le dégazage du manteau primitif.

De plus, les roches du noyau ne participent pas de manière directe aux cycles de la tectonique des plaquestectonique des plaques qui affectent les couches superficielles. L’état du noyau externe n'a également que très peu évolué depuis sa formation et est resté principalement sous forme liquideliquide. Le noyau externe pourrait donc représenter un endroit favorable pour le stockage de gaz nobles comme l'hydrogènehydrogène ou l'hélium. Pourtant, la façon dont ces éléments pourraient y être intégrés de manière stable est encore loin d'être comprise.

Une fuite continue d’hélium

Pour contraindre la localisation de ce réservoir d'hélium-3 au sein du noyau externe, deux scientifiques de l'Université du Nouveau Mexique à Alburquerque (États-Unis) ont effectué des calculs pour quantifier le dégazage d'hélium-3 et comprendre les échanges entre le noyau et le manteau au cours de l'histoire de la Terre.

Les résultats, publiés dans Geochemistry, Geophysics, Geosystems, montrent que la dissolution de l'atmosphère primitive issue de la nébuleuse aurait permis l'intégration d'un ou plusieurs millions de tonnes de 3He dans le noyau en formation, il y a 4,5 milliards d'années. En se basant sur des modèles d'interaction noyau-manteau et de dégazage via le processus de convectionconvection, les chercheurs estiment que la quantité de ³He dans le manteau est actuellement en train d'évoluer vers un état stable, dans lequel les fuites en surface sont compensées par un enrichissement continu à partir du noyau où est stockée la majorité de l'hélium-3 restant.