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À environ 2 890 kilomètres sous nos pieds se trouve une gigantesque boule de métal liquide : le noyau de notre planète. Les scientifiques utilisent les ondes sismiques créées par les tremblements de terre comme une sorte d’échographie pour « voir » la forme et la structure du noyau.

Grâce à une nouvelle méthode d’étude de ces ondes, mon collègue Xiaolong Ma et moi-même avons fait une découverte surprenante : il existe une grande région du noyau en forme de beignet autour de l’équateur, d’une épaisseur de quelques centaines de kilomètres, où les ondes sismiques se déplacent environ 2 % plus lentement que dans le reste du noyau.

Nous pensons que cette région contient davantage d’éléments légers tels que le silicium et l’oxygène, et qu’elle pourrait jouer un rôle crucial dans les vastes courants de métal liquide qui traversent le noyau et génèrent le champ magnétique terrestre. Nos résultats sont publiés aujourd’hui dans Science Advances.

Le « champ d’ondes de coda-corrélation
La plupart des études sur les ondes sismiques créées par les tremblements de terre s’intéressent aux grands fronts d’onde initiaux qui parcourent le monde dans l’heure qui suit le séisme.

Nous avons réalisé que nous pourrions apprendre quelque chose de nouveau en examinant la dernière partie, plus faible, de ces ondes, connue sous le nom de coda – la section qui met fin à un morceau de musique. En particulier, nous avons étudié la similitude des coda enregistrées par différents détecteurs sismiques, plusieurs heures après le début de la secousse.

En termes mathématiques, cette similitude est mesurée par ce que l’on appelle la corrélation. Ensemble, nous appelons ces similitudes dans les parties tardives des ondes sismiques le « champ d’ondes coda-corrélation ».

En examinant le champ d’ondes de coda-corrélation, nous avons détecté de minuscules signaux provenant de multiples ondes réverbérées que nous n’aurions pas pu voir autrement. En comprenant les chemins empruntés par ces ondes réverbérées et en les faisant correspondre aux signaux du champ d’ondes de coda-corrélation, nous avons calculé le temps qu’il leur a fallu pour traverser la planète.

Nous avons ensuite comparé les résultats obtenus dans les détecteurs sismiques situés près des pôles avec ceux obtenus plus près de l’équateur. Dans l’ensemble, les ondes détectées près des pôles se déplaçaient plus rapidement que celles détectées près de l’équateur.

Nous avons testé de nombreux modèles informatiques et simulations des conditions dans le noyau qui pourraient produire ces résultats. Finalement, nous avons découvert qu’il devait y avoir un tore – une région en forme de beignet – dans le noyau externe autour de l’équateur, où les ondes se déplacent plus lentement.

Les sismologues n’avaient jamais détecté cette région auparavant. Cependant, l’utilisation du champ d’ondes de coda-corrélation nous permet de « voir » le noyau externe de manière plus détaillée et plus uniforme.

Des études antérieures avaient conclu que les ondes se déplaçaient plus lentement partout autour du « plafond » du noyau externe. Cependant, nous avons montré dans cette étude que la région à faible vitesse n’est située qu’à proximité de l’équateur.

Le noyau externe et la géodynamo
Le noyau externe de la Terre a un rayon d’environ 3 480 km, ce qui le rend légèrement plus grand que la planète Mars. Il est principalement constitué de fer et de nickel, avec quelques traces d’éléments plus légers tels que le silicium, l’oxygène, le soufre, l’hydrogène et le carbone.

La partie inférieure du noyau externe est plus chaude que la partie supérieure, et la différence de température fait bouger le métal liquide comme l’eau dans une casserole qui bout sur la cuisinière. Ce processus est appelé convection thermique, et nous pensons que ce mouvement constant devrait signifier que tous les matériaux du noyau externe sont bien mélangés et uniformes.

Un autre processus à l’échelle de la planète est également à l’œuvre dans le noyau externe. La rotation de la Terre et le petit noyau interne solide font que le liquide du noyau externe s’organise en longs tourbillons verticaux orientés nord-sud, comme des trombes d’eau géantes.

Le mouvement turbulent du métal liquide dans ces tourbillons crée la « géodynamo » responsable de la création et du maintien du champ magnétique de la Terre. Ce champ magnétique protège la planète des vents et des radiations solaires nocives, rendant la vie possible à la surface.

Une vue plus détaillée de la composition du noyau externe – y compris le nouveau donut d’éléments plus légers – nous aidera à mieux comprendre le champ magnétique de la Terre. En particulier, la façon dont le champ change d’intensité et de direction au fil du temps est cruciale pour la vie sur Terre et l’habitabilité potentielle des planètes et des exoplanètes.The Conversation
Hrvoje Tkalčić, professeur, chef du département de géophysique, directeur du réseau Warramunga, Université nationale australienne.

Adaptation Terra Projects
Source : https://www.sciencealert.com/

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