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Quel est l'âge du noyau interne de la Terre ?

Estimer l'âge du noyau terrestre est une affaire de fourchette. Il est difficile, voire impossible, de délivrer des dates extrêmement précises. En revanche, il est possible d'estimer plus ou moins l'ancienneté de sa formation, et de réduire cette fourchette à mesure des simulations effectuées. C'est ce que propose une nouvelle étude sur le sujet, publiée le 13 août 2020 dans les Physical Reviews Letters.

Le noyau interne et solide (aussi appelé « graine » ou « boule solide ») de la Terre était au départ liquide. Mais lorsque la planète s'est refroidie, son cœur aussi. Ce refroidissement a permis la solidification du fer dans le noyau, générant le noyau interne d'aujourd'hui. Ce phénomène n'a évidemment pas eu lieu dès la formation de la Terre, il y a quelque 4,5 milliards d'années. L'une des estimations récentes pour la formation du noyau désigne une période entre 565 millions d'années et 2,5 milliards d'années avant notre ère. De manière générale, cette fourchette n'a cessé de bouger au fil des années : des dates proches, des dates éloignées, puis à nouveau des dates plus éloignées...

Dans la nouvelle étude réalisée par des géophysiciens de la Jackson School of Geosciences du Texas, les scientifiques proposent une estimation beaucoup plus spécifique, située il y a 1 milliard à 1,3 milliard d'années. Comment sont-ils arrivés à cette conclusion ?

Il fallait reproduire les conditions du noyau interne

L'un des obstacles à l'élaboration d'un modèle dans l'histoire du noyau, c'est qu'il est relié par géodynamo au champ magnétique de la Terre. Il y a une dynamique noyau interne → noyau externe → champ magnétique. Or, pour justifier un âge de la formation relativement proche comme 565 millions d'années, il y a un paradoxe : « le noyau aurait dû atteindre des températures irréalistes pour maintenir la géodynamo pendant des milliards d'années avant la formation du noyau interne », expliquent les chercheurs sur le site de l'université.

Pour résoudre la problématique, les géophysiciens ont dû simuler les conditions de création du noyau interne. Il fallait reproduire les températures extrêmement élevées du cœur de la Terre et la façon dont cette chaleur a pu circuler à travers le temps. Les chercheurs ont mis sous pression des échantillons de fer, en les chauffant au laser pendant qu'ils étaient maintenus par deux enclumes en diamant. Ce ne fut pas une expérience aisée : il leur a fallu 2 ans pour obtenir des résultats crédibles. « Nous avons rencontré de nombreux problèmes et avons échoué plusieurs fois, ce qui nous a frustrés, et nous avons presque abandonné », confie l'un des auteurs. Mais finalement, cela a payé.

Grâce à cette simulation, les chercheurs de l'université du Texas ont pu obtenir une image plus réaliste sur le comportement du noyau à ses débuts, concernant la conductivité et le transfert de chaleur à travers le temps. Grâce à ces informations précieuses, l'âge du noyau interne est plus facile à spécifier. « Une fois que vous savez dans quelle mesure la chaleur circule du noyau externe vers le manteau inférieur, vous pouvez envisager d'établir quand la Terre s'est suffisamment refroidie pour que le noyau interne commence à se cristalliser. »

Les chercheurs indiquent en conclusion que la fourchette de leur estimation a, en plus, le mérite d'être en corrélation avec une augmentation dans la force du champ magnétique, à cette époque précise (il y a 1 - 1,3 milliard d'années), enregistrée grâce à ses effets sur la roche. Cela confirmerait donc aussi à quel point la consolidation solide du noyau interne a contribué au champ magnétique et donc... à la vie sur Terre, tout simplement.