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L'une des plus célèbres photos de la Terre a été prise depuis l'espace par les astronautes d'Apollo 17. De nouvelles simulations de dynamique moléculaire pourraient préciser la composition chimique de son noyau. © Nasa
Le noyau de la Terrenoyau de la Terre est fascinant à plus d'un titre pour un géophysicien, un géochimiste ou un spécialiste de la matière condensée. Il a été découvert en 1906 grâce aux progrès de la sismologiesismologie du début du XXe siècle, par Richard Dixon Oldham. La Danoise Inge Lehman précisera sa structure une première fois en 1936, en démontrant qu'à l'intérieur du noyau (que l'on pensait alors liquide et dont le diamètre est de 7.000 km) se trouve aussi une zone sphérique solide de 1.400 km de diamètre. Cette partie s'appelle la graine.
Les températures qui règnent dans le noyau sont particulièrement élevées et l'on pense même qu'elles peuvent atteindre celle de la surface du Soleil, c'est-à-dire 6.000 kelvins (K). La partie fluide est parcourue par des mouvementsmouvements turbulents et des courants électriquescourants électriques. C'est d'ailleurs à ce niveau qu'est généré le champ magnétique terrestrechamp magnétique terrestre, avec le fameux effet de dynamoeffet de dynamo autoexcitée récemment reproduit en laboratoire par l'expérience VKS.
La théorie de l'accrétion homogène, la plus communément admise pour la formation de la Terre, implique que notre planète s'est formée avec une composition chimique relativement homogène mais qu'en moins de 30 millions d'années, elle s'est différenciée avec la chute des éléments lourds (majoritairement le ferfer et le nickelnickel) vers son centre pour former son noyau.
L'énigme de la densité du noyau de la Terre
Selon les lois de la géochimie, des éléments dits sidérophilessidérophiles ont dû accompagner cette migration. De plus, on savait depuis les années 1950 que la densité du noyau de la Terre ne pouvait pas s'expliquer à partir d'un mélange de fer et de nickel uniquement. Des éléments plus légers comme l'oxygèneoxygène, le phosphorephosphore, le magnésiummagnésium et l'azoteazote pouvaient s'y trouver en faibles quantités, mais on ne savait pas vraiment lesquels.
On voit sur cette image une coupe de la météorite Gibeon, une sidérite octaédrite classée IV A, trouvée en Namibie en 1836. La belle structure de ses figures de Widmanstätten et son excellent état de conservation en font la météorite la plus utilisée en bijouterie mais pour les géologues, elle donne des indices sur l'aspect du noyau en fer et en nickel de la Terre. © L. Carion, carionmineraux.com
Un forage pour atteindre des échantillons de roches du noyau étant impossible, il fallait s'en remettre à des mesures indirectes. Celles-ci impliquent l'analyse des sidéritessidérites, ces météoritesmétéorites métalliques censées être des fragments de cœurs de petites planètespetites planètes détruites pas des collisions, pour tenter d'y voir plus clair.
Une théorie quantique du noyau de la Terre
Toutefois, les progrès des ordinateursordinateurs et des techniques numériquesnumériques dites de dynamique moléculaire permettent désormais de reconstituer l'état et le comportement de la matière à l'intérieur des planètes. Des chercheurs de l'université de Californie à Davis ont simulé 260 atomesatomes régis par la fameuse équation de Schrödinger pour obtenir une description du comportement des atomes de carbone lors de la formation du noyau et du manteaumanteau de la Terre.
En utilisant diverses contraintes, géochimiques et cosmochimiques par exemple, ils ont déduit que le noyau pouvait contenir de 0,1 à 0,8 % de carbonecarbone (ce qui en ferait le plus important réservoir de la Terre pour cet élément) et d'autres abondances pour le siliciumsilicium, l'azote, l'héliumhélium, l'hydrogènehydrogène, le phosphore et le magnésium.
Si cela est avéré, l'énigme de la densité du noyau de la Terre serait résolue et la connaissance de sa composition chimique précise nous donnerait les moyens de comprendre encore mieux quand et comment le noyau et le manteau de la Terre se sont formés.
