Coupe du globe terrestre. Situé à environ 3.000 km sous le sol, le noyau externe entoure une graine de métal solide. Le champ magnétique de notre planète est produit essentiellement sous l’effet des mouvements du fer liquide dans océan de métal liquide. © JohanSwanepoel, fotolia

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Le noyau de la Terre comme vous ne l’avez jamais vu

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Pour comprendre les fluctuations du champ magnétique de la Terre, des géophysiciens ont sollicité quelque 16.000 processeurs des supercalculateurs français du Genci. Résultat : les simulations des turbulences du noyau externe enveloppant la graine de métal solide les plus détaillées jamais réalisées et déroulant plusieurs centaines d'années.

Bouclier nous protègeant du vent solaire, le champ magnétique terrestre est utilisé comme repère d'orientation par les bateaux, les avions, les vaisseaux spatiaux et même pour guider les forages profonds. Il est donc essentiel de mieux comprendre la physique de ce champ produit essentiellement, à l'instar d'autres planètes, par effet dynamo, c'est-à-dire grâce aux mouvements d'un fluide conducteur d'électricité — en l'occurrence un mélange de fer et de nickel fondus. Situé à environ 3.000 km sous nos pieds, cet océan de métal liquide, le noyau externe, entoure une graine de métal solide, ou noyau interne de quelque 2.400 km de diamètre.

Malheureusement, les observations nous renseignent uniquement sur les phénomènes se produisant à la surface du noyau. Les expériences en laboratoire, quant à elles, sont difficiles à mettre en œuvre. Aussi, pour les chercheurs, il ne reste donc plus que la modélisation numérique.

Évolution des températures dans le noyau externe (en rouge : température élevée ; en bleu : température plus faible) sur quelques centaines d’années. Ce sont les différences de température qui mettent en mouvement le métal liquide (des panaches chauds s’élèvent et les masses refroidies descendent, comme dans une casserole d’eau bouillante). © Nathanaël Schaeffer

Les simulations les plus détaillées à ce jour

C'est ce que viennent de réaliser des géophysiciens de l'Institut des sciences de la Terre (CNRS, université Savoie Mont-Blanc, IRD, Ifsttar, université Grenoble Alpes) et de l'Institut de physique du Globe de Paris (CNRS, IPGP, université Paris Diderot). Il s'agit des simulations numériques les plus détaillées à ce jour de ces mouvements et du champ magnétique résultant, ainsi que de leurs variations sur quelques centaines d'années.

Ces modélisations en haute définition reproduisent un grand nombre de phénomènes observés, comme par exemple des tornades polaires, à la surface du noyau, tout en les associant à la dynamique profonde du noyau. Elles ont été rendues possibles grâce à un important travail d'optimisation du code informatique et à la répartition du calcul sur 16.000 processeurs des supercalculateurs du Genci (Grand équipement national de calcul intensif).

La prochaine étape : étendre ce genre de simulations à l'échelle des temps géologiques, afin de mieux comprendre l'inversion des pôles magnétiques, dont la dernière remonte à 780.000 ans.

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