La Terre est une gigantesque machine thermique, dont la chaleur provient en partie au-delà de 2 900 km de profondeur de son noyau constitué essentiellement de fer où règne une pression supérieure à 1 million d’atmosphères ou 100 Gigapascals.
La chaleur du noyau influence les mouvements convectifs dans le manteau, responsables de la tectonique des plaques. Cette chaleur permet d’entretenir le champ magnétique terrestre.
Une graine qui refroidit
Le noyau est en grande partie liquide mais les ondes sismiques qui traversent la Terre ont permis aux sismologues de déterminer que la partie la plus profonde du noyau, la graine, est solide. La graine grossit très lentement par solidification du noyau liquide.
A la limite noyau-graine, à 5 150 km de profondeur et 3,3 millions d’atmosphères de pression, la température doit donc être encore proche de la température de fusion du fer. Pour connaitre la température dans le noyau il suffit donc de connaitre la température de fusion du fer à 330 Gigapascals (GPa)
Pour mieux comprendre le comportement des atomes de fer, de minuscules grains de fer de quelques microns ont été comprimés entre deux pointes de diamants, créant ainsi une pression atteignant 2 millions d’atmosphères. Un faisceau laser a chauffé les échantillons à plusieurs milliers de degrés. Grâce à un faisceau ultra fin de rayons X de l’ESRF, les chercheurs ont déterminé par diffraction l’état de l’échantillon, solide ou en fusion, jusqu’à des valeurs de 4 800°C et 2,2 millions d’atmosphères.
Extrapolées jusqu’à 3,3 millions d’atmosphères, les mesures donnent une température de fusion du fer de 6 000°C environ. L’accord entre mesure et prédictions théoriques permet d’estimer avec une bonne précision la température dans le noyau : entre 3 800°C et 5 500°C suivant la profondeur.
Le flux de chaleur qui s’en échappe serait d’environ 10 térawatts, valeur qui confirme les modèles géophysiques du champ magnétique terrestre. Il pourrait suffire à faire fondre le manteau à sa base, ce qui favoriserait des mouvements de montée d’un fin panache de matériau vers la surface de la Terre. Ces panaches sont responsables de la formation de volcans qu’on appelle « points chauds » comme ceux qui constituent les îles d’Hawaii ou de la Réunion.
Références: S. Anzellini, A. Dewaele, M. Mezouar, P. Loubeyre, G. Morard : Melting of Iron at earth’s Inner Core Boundary based on Fast X-ray Diffraction, Science 26 April 2013 (R. Boehler, Temperatures in the Earth’s core from melting-point measurements of iron at high static pressures, Nature 363, 534 – 536 (10 June 1993); doi:10.1038/363534a0)
