Au centre de la Terre règnent des températures similaires à celles que l’on trouve à la surface du Soleil. Et pourtant, les sismologues sont formels : si la partie externe du noyau est bien liquide, sa partie interne, là où les températures sont les plus élevées, est solide. Un état qui peut paraitre surprenant et qui pourtant s’explique facilement.
au sommaire
La Terre se compose de plusieurs enveloppes de nature différente. La croûtecroûte représente l'enveloppe la plus externe. Vient ensuite le manteaumanteau, qui constitue 80 % du volumevolume terrestre. En dessous se trouve le noyau, divisé en deux grands ensembles : le noyau externe et le noyau interne (aussi appelé graine)).
Alors que la croûte et le manteau sont des enveloppes silicatées, c'est-à-dire constituées principalement de minérauxminéraux « légers » appartenant à la grande famille des silicates, le noyau est à l’inverse composé d’éléments lourds, principalement du ferfer et du nickelnickel. Ces éléments ont en effet migré vers le centre de la Planète durant l’étape dite de différenciation qui a rapidement suivi sa formation. Bien que le noyau terrestre ne représente que 17 % du volume de la Terre, la présence de ces éléments lourds fait qu'il constitue 33 % de la massemasse de la Planète.
Une température similaire à celle régnant à la surface du Soleil
Le noyau terrestre s'étage ainsi de 2 900 kilomètres de profondeur jusqu'au centre de la Terre, à 6 371 kilomètres sous nos pieds. Sachant que pressionpression et température augmentent avec la profondeur, cette région interne de la Terre est donc soumise à des conditions extrêmes. Pour le noyau externe, la pression atteint ainsi 135 à 330 gigapascal (soit entre 1,3 et 3,3 millions d'atmosphère) et les températures s'échelonnent entre 3 727 et 4 727 °C. Le noyau interne est quant à lui soumis à une pression phénoménale de 330 à 365 gigapascal. La température est d’environ 5 500 °C. C'est à peu près la température régnant à la surface du SoleilSoleil.
Des conditions dantesques qui font qu'une partie du noyau terrestre est liquide. Mais une partie seulement, et ce n'est pas la plus chaude. En effet, seul le noyau externe se présente à l'état liquideétat liquide. Car, en dépit de la formidable température qui y règne, les études sismologiques sont formelles : le noyau interne est à l'état solideétat solide. Comment expliquer cela ?
Des pressions phénoménales au centre de la Terre
Eh bien tout simplement par les pressions phénoménales qui compriment le noyau interne et les minéraux qui le composent. Car si le fer possède une température de fusionfusion de 1 538 °C en surface (1 atmosphère), les choses se compliquent avec l'augmentation de la pression. La température de fusion augmente en effet avec la pression ambiante. C'est la loi thermodynamiquethermodynamique de Clausius-Clapeyron, et il s'avère que cette température de fusion n'est pas atteinte pour des pressions de plus de 330 GPa.
Et pour cause, ces très hautes pressions modifient la structure atomique des cristaux de fer. Alors qu'en surface, le fer possède une structure cubique centrée, l'augmentation de la pression va entraîner un réagencement des atomesatomes pour produire une structure cristalline plus compacte et plus stable. Ainsi, sous haute pression, le fer se trouverait avec une structure hexagonale.
Cette hypothèse, qui explique certaines observations sismologiques dans la propagation des ondes à travers le noyau interne, est cependant débattue. Certaines études suggèrent en effet que le fer possèderait tout de même une structure cubique centrée. Si cette architecture est instable à haute pression et faible température, elle deviendrait très stable dans le cas de hautes pressions et hautes températures. Le débat reste donc ouvert.
