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Le manteau terrestre influence-t-il la durée du jour ?

ActualitéClassé sous :géologie , noyau de la Terre , rotation différentielle du noyau et du manteau terrestre

La Terre ne tourne jamais sur elle-même en exactement 24 heures. A l'échelle des décennies, comme les géophysiciens le savent depuis longtemps, la durée du jour varie de quelques millisecondes. Aujourd'hui, ils pensent savoir pourquoi : une couche inférieure du manteau serait conductrice.

Structure de la post-perovskite MgSiO3. Potentielle phase de la couche D". Crédit : USTL

En astrophysique, on sait depuis plus de 40 ans que pour comprendre l'infiniment grand il faut se tourner parfois vers l'infiniment petit. Cette règle vaut également en géophysique comme l'illustre une publication récente dans Science à propos de possibles propriétés conductrices d'une couche du manteau, à l'interface noyau-manteau de la Terre : la couche D".

Les auteurs de cette étude cherchent à expliquer les caractéristiques de l'évolution de la vitesse de rotation de la Terre, ainsi que de son axe de rotation, en les reliant aux propriétés physiques du manteau. Les causes les plus importantes sont bien connues, il s'agit des influences combinées des forces de marée de la Lune et du Soleil, en relation aussi avec les propriétés élastiques de la Terre.

Mais il existe aussi des effets plus subtils. La fonte saisonnière des glaces, les modifications des répartitions des masses lors d'importants séismes et même les modifications de la couverture végétale provoquent, en modifiant le moment d'inertie de la Terre, d'infimes fluctuations de la longueur du jour ou de la position de l'axe de rotation de la planète.

Or, depuis plusieurs années, les géophysiciens s'interrogent sur un autre de ces effets subtils : le fait que le manteau rocheux supportant la croûte terrestre ne tourne pas à la même vitesse que le noyau. Selon certains, si la base du manteau inférieur, plus précisément la fameuse couche D", était conductrice, son couplage avec le champ magnétique généré par effet dynamo dans le noyau pourrait rendre compte des variations décennales de quelques millisecondes de la durée du jour.

L'intérieur de la Terre avec la couche D" (D" Layer). Crédit : Itaka.org

Une hypothèse plausible et des alternatives qui le sont aussi

Aujourd'hui, une équipe dirigée par Kei Hirose du Tokyo Institute of Technology apporte des éléments en faveur de cette hypothèse. Ils ont soumis un minéral découvert en 2004, la post-perovskite, aux conditions de température et de pression régnant dans la couche D" à 2.700 kilomètres sous la surface de la Terre. On soupçonne en effet que ce minéral est un composant important de cette couche. Or, l'équipe a découvert que, sous une pression de plus d'un million d'atmosphères et à une température de 2.700°C, il devient jusqu'à 100 fois plus conducteur que dans les conditions normales de température et de pression à la surface du globe.

Si l'on suppose une couche de 300 km d'épaisseur de post-perovskite, les calculs montrent que les interactions électromagnétiques qui se produisent avec le champ magnétique du noyau expliquent bien les variations décennales de la durée du jour. Cependant, il ne faut pas perdre de vue que nous ne savons toujours pas avec certitude si une telle couche en post-perovskite existe. C'est pourquoi des théories alternatives ont été proposées.

La composition chimique du manteau inférieur pourrait être plus riche en fer qu'on ne le pense, augmentant là aussi sa conductivité et produisant également un couplage électromagnétique de la rotation manteau-noyau. Il se pourrait aussi qu'un couplage électromagnétique n'existe pas ou ne soit pas suffisamment important mais qu'un couplage d'ordre mécanique se produise entre la surface probablement complexe de l'interface et le mouvement du fer liquide.

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