Le noyau de la Terre serait responsable de séismes majeurs. Il est possible d'étudier les séismes avec des sismogrammes enregistrés par des sismomètres. © Petrovich12, Fotolia

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Le noyau de la Terre serait responsable de séismes majeurs

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Le noyau de la Terre ne se contenterait pas de générer son champ magnétique. En freinant la rotation de notre planète, via des interactions avec le manteau, il augmenterait périodiquement le nombre de grands séismes.

  • La rotation de la Terre est un phénomène complexe, influencé par l'attraction de la Lune et du Soleil mais qui dépend aussi des modifications des répartitions des masses du globe terrestre et de sa structure interne.
  • La durée du jour et l'axe de rotation de la Terre évoluent donc dans le temps, notamment à l'occasion de séismes et de modifications de l'état de l'atmosphère et des océans. Elle semble également liée à l'activité magnétique du noyau et à ses interactions avec le manteau.
  • Une augmentation périodique du nombre de séismes de magnitudes supérieures à 7 serait corrélée à une augmentation de la durée du jour.

Quoi de plus banal que la rotation de la Terre ? Pourtant, ce phénomène n'est pas si simple : l'axe de rotation de notre Planète n'est pas fixe au cours du temps et la durée du jour elle-même varie. En étudiant et en cherchant à comprendre cela, mathématiciens, astronomes et géophysiciens sont allés de surprise en surprise depuis presque deux siècles.

Axe et vitesse de rotation sont d'abord influencés par les forces de gravité de la Lune et du Soleil mais la façon dont la Terre répond à ces forces dépend de sa structure interne et de la présence de ses océans et de son atmosphère. Au XIXe siècle, il y a ainsi eu une controverse célèbre sur le caractère fluide ou non de l'intérieur de la Terre et sur le fait qu'il fallait ou non considérer celui-ci comme un solide indéformable ou, au minimum, comme un corps élastique. Laplace, Kelvin et Poincaré se sont penchés sur ces questions et il y eut, finalement, d'importants travaux à ce sujet, auxquelles sont associés les noms de Chandler, Newcomb et Love, car la rotation de la Terre peut  nous renseigner sur sa structure.

On sait en effet, depuis les travaux d'Euler (à qui l'on doit des équations décrivant les mouvements de rotation des corps solides, voire élastiques), que la distribution et les mouvements des masses à l'intérieur d'un objet comme la Terre influent sur sa rotation. Or, même en considérant que la Terre n'est pas soumise aux forces d'autres corps célestes, distributions et mouvements peuvent varier, par exemple lors d'échanges du moment cinétique entre les différentes enveloppes (atmosphère, océan, manteau, etc.) ou simplement du fait d'une redistribution des masses à l'occasion de grands séismes. De fait, la longueur du jour a changé lors de grands tremblements de Terre, comme celui du Chili en 2010.

Cette vidéo montre, dans différents systèmes de référence, les mouvements de l'axe géographique de la Terre (bleu) par rapport à son axe de rotation (orange) et inversement. Les amplitudes des mouvements sont très exagérées. L'animation montre que l'axe de rotation de la Terre ne coupe pas sa surface toujours au même endroit et qu'il oscille selon un mouvement de spirale autour de l'axe géographique (Earth Reference Frame, en anglais dans la vidéo). Ce mouvement est en réalité plus irrégulier. © Nasa, GSFC Scientific Visualization Studio

Des forces électromagnétiques entre le noyau et le manteau de la Terre ?

Le XXe siècle nous a appris que la Terre possédait un noyau en partie liquide, parcouru par des courants électriques et des champs magnétiques. On pense qu'il y a des interactions entre le noyau de la Terre et son manteau depuis un moment, peut-être par l'intermédiaire de forces magnétiques qui agiraient sur certaines régions du manteau plus conductrices que d'autres et où se trouvent des courants. On constate ainsi que certaines fluctuations très courtes du champ magnétique de la Terre, appelées « des jerks », semblent étroitement corrélées à des fluctuations très courtes de la vitesse de rotation de la Terre. Une explication possible serait que, lors d'un jerk, un couplage local très intense attache soudainement de la matière du noyau au manteau, ce qui s'accompagne d'un transfert de moment cinétique et d'une modification du moment d'inertie.

Il se trouve que, lors d'un récent colloque de la Geological Society of America, deux géophysiciens états-uniens, Roger Bilham, de l'université du Colorado (CU), à Boulder, et Rebecca Bendick, de l'université du Montana, à Missoula, ont fait une communication qui a intrigué leurs collègues, dont le célèbre Peter Molnar, prix Crafoord 2014. Les deux chercheurs ont en effet annoncé avoir découvert une surprenante corrélation entre des brusques ralentissements de la vitesse de rotation de la Terre affectant la durée du jour de quelques millisecondes et des augmentations du nombre de séismes supérieurs à la magnitude 7 dans les archives géophysiques des 100 dernières années.

Ces grands séismes deviendraient un peu plus nombreux entre 5 et 6 ans après un épisode de ralentissement de la rotation de la Terre bien spécifique qui semble lié au processus d'interaction manteau-noyau évoqué précédemment. Cette augmentation serait présente pendant environ cinq ans. Ainsi, bien qu'il ne semble pas exister de causalité quant à la répartition spatiale de ces séismes, on pourrait toutefois prédire l'occurrence de périodes « d'orages sismiques ». On ne devrait pas tarder à savoir si cela est possible car l'un des épisodes de ralentissement de la rotation de la Terre découvert par les deux géophysiciens s'est produit il y a quatre ans.

Les chercheurs pensent que ce sont les forces et les ondes sismiques produites lors d'interactions entre le manteau et le noyau qui synchroniseraient en quelque sorte la libération des contraintes présentes dans des régions sismiquement actives, un peu comme le phénomène de synchronisation des pendules de différentes périodes posés sur une table, découvert il y a longtemps déjà par le physicien Huygens.

La sismologie, le stéthoscope qui écoute le cœur de la Terre  « La Terre est opaque mais elle est transparente aux ondes sismiques » nous explique Jean-Paul Montagner, chercheur à l'IPGP (Institut de physique du Globe de Paris), en préambule de cette vidéo. Nous plongeons grâce à elle dans les entrailles de la Terre, pour y observer sa structure et comprendre l'origine des séismes.