Au sein du noyau de la Terre, la convection à l'origine de sa géodynamo est très probablement à la fois thermique et « compositionnelle ». En revanche, celle qu'ont connue les astéroïdes et les petites planètes à l'aube du Système solaire était supposée thermique et de courte durée. La découverte inespérée de mémoires magnétiques robustes à l'intérieur de météorites laisse maintenant penser que cette convection y était compositionnelle et de longue durée.

Les chercheurs ont trouvé dans les zircons de Jack Hills, en Australie, des indications qui laissent penser que le champ magnétiquechamp magnétique de la Terre existait déjà il y a 4,4 milliards d'années. Mais les preuves qui font consensus, trouvées en Afrique du Sud, se limitent à un âge de 3,6 milliards d'années. Toutefois, la théorie de la dynamodynamo auto-excitée, bien vérifiée par l'expérience en laboratoire VKS, permet de penser que la Terre a ouvert son bouclier magnétique très rapidement. Cette théorie requiert en effet l'existence d'un noyau contenant du ferfer et du nickelnickel à l'état liquideliquide, lequel s'est formé en moins de 60 millions d'années après la naissance de notre Planète.

D'autres corps célestes rocheux suffisamment massifs, comme Vesta, ont dû subir un processus de différentiationdifférentiation similaire à l'aubeaube de l'existence du Système solaireSystème solaire. Par conséquent, eux aussi ont dû posséder un champ magnétique. Mais la plupart d'entre eux ne contenaient pas autant de chaleurchaleur initiale que la Terre, qu'elle soit issue du processus d'accrétionaccrétion ou de la désintégration d'éléments radioactifs. Leurs noyaux ont donc rapidement cessé d'être en convectionconvection thermique et se sont ensuite solidifiés en peu de temps. C'est du moins ce que les théories de la formation du Système solaire conduisaient à penser.

Les météorites, des fenêtres sur l'intérieur des planètes

Plusieurs de ces corps différentiés, dont des astéroïdes de grandes tailles, sont ensuite entrés en collision, ce qui les a pulvérisés. De sorte que des météoritesmétéorites particulièrement intéressantes sont actuellement à notre disposition sur Terre. Elles contiennent en effet des roches qui faisaient autrefois partie des équivalents du manteaumanteau, de la graine de la Terre ou de son interface manteau-noyau.

Les champs magnétiques des planètes, avec leurs champs de gravitégravité et la mesure de leurs moments d'inertieinertie, sont des fenêtresfenêtres sur leurs intérieurs. S'il existait des champs magnétiques résiduels dans les météorites, les scientifiques disposeraient donc d'un outil puissant pour explorer l'intérieur des premiers corps célestes de tailles planétaires, peu de temps après la naissance du Système solaire.

Ils bénéficieraient aussi d'indications permettant de prédire avec plus de confiance l'avenir de la géodynamo, lorsque le noyau de la Terrenoyau de la Terre sera totalement cristallisé. Pour le moment, celle-ci se poursuit avec la croissance de sa graine solidesolide, ce qui libère de la chaleur latente qui entretient suffisamment la convection du noyau pour générer le champ magnétique de la Terre.

De gauche à droite, Claire Nichols, James Bryson, Julia Herrero Albilios et Richard Harrison en plein travail de prise de données avec le synchroton BESSY II. Les rayons X utilisés par les chercheurs pour analyser les traces des champs magnétiques fossilisés dans des pallasites leur ont permis de remonter à l'histoire des dynamos auto-excitées qui les ont générés dans de petits corps célestes il y a plus de 4 milliards d'années. © HZB

De gauche à droite, Claire Nichols, James Bryson, Julia Herrero Albilios et Richard Harrison en plein travail de prise de données avec le synchroton BESSY II. Les rayons X utilisés par les chercheurs pour analyser les traces des champs magnétiques fossilisés dans des pallasites leur ont permis de remonter à l'histoire des dynamos auto-excitées qui les ont générés dans de petits corps célestes il y a plus de 4 milliards d'années. © HZB

Hélas, tout indiquait que les chocs passés entre les petits corps célestes depuis plus de 4 milliards d'années avaient très probablement remis à zéro à plusieurs reprises les mémoires magnétiques des météorites. Il suffit en effet de chauffer suffisamment un matériau ferromagnétiqueferromagnétique pour qu'il perde son aimantationaimantation initiale acquise dans un champ magnétique de direction et d'intensité données.

Il ne faut cependant pas perdre espoir, comme le démontre une équipe internationale qui vient de publier dans Nature les résultats d'études réalisées sur des pallasites. En utilisant des faisceaux de rayons Xrayons X polarisés issus du synchrotron Bessy II, les chercheurs ont découvert des mémoires magnétiques très résistantes dans ces météorites qui ont enregistré l'histoire des champs magnétiques de leurs corps parents. Ces mémoires se présentent sous la forme de particules de tétrataenite de 50 à 100 nanomètresnanomètres de diamètre.

Des dynamos entretenues par convection compositionnelle

La présence de ces nanoparticulesnanoparticules est connue depuis longtemps mais de nouvelles techniques de traitement des images obtenues avec les rayons X d'une ligne de lumièrelumière du synchrotron a finalement permis de cartographier avec une résolutionrésolution inédite l'aimantation dans deux pallasitespallasites. L'absorptionabsorption des rayons X dépend en effet de l'aimantation magnétique d'un matériaumatériau et, en l'occurrence, les chercheurs ont réussi à la mesurer dans des régions de dimensions inférieures au micromètremicromètre.

En analysant les données obtenues et en les comparant à des simulations numériquessimulations numériques, il est apparu que le champ magnétique des corps parents des deux météorites avait perduré bien plus longtemps qu'on ne l'imaginait, à savoir des centaines de millions d'années. La convection thermique seule est donc insuffisante pour expliquer cette persistance. Cela signifie qu'il y aurait également eu une convection dans le noyau liquide basée sur la chimiechimie, à savoir l'expulsion d'éléments légers, comme le soufresoufre, de l'équivalent de la graine solide de la Terre, au fur et à mesure que l'ensemble des noyaux des corps célestes se refroidissaient et cristallisaient. On parle de convection compositionnelle.

Ces résultats ne contribuent pas seulement à répondre à de nombreuses questions concernant la longévité et la stabilité de l'activité magnétique sur les petits corps célestes du Système solaire que sont les astéroïdesastéroïdes et les lunes. Ils nous renseignent aussi sur l'histoire complète de la géodynamo de notre Planète puisque les archives dans les météorites ont permis de reconstituer à la fois le début et la fin de l'histoire des champs magnétiques de ces corps célestes.