Un noyau terrestre plus froid résout un mystère magnétique
Le noyau terrestre serait environ 1 000 degrés Celsius plus froid que les scientifiques ne le pensaient, selon une nouvelle technique de mesure de la température du fer en fusion sous pressions extrêmes. Les résultats, présentés le 17 juillet à la Conférence Goldschmidt de Montréal, ne se contentent pas de réviser un nombre : ils pourraient résoudre une énigme qui trouble les géophysiciens depuis des années : comment le champ magnétique terrestre a-t-il survécu pendant des milliards d’années avant la formation de la graine solide ?
Une température difficile à cerner
La limite de la graine, située à environ 5 150 kilomètres sous la surface, est l’endroit où l’alliage de fer liquide du noyau externe gèle sur la graine solide interne. Sa température n’est pas mesurée directement (aucun forage ne s’en est jamais approché) mais déduite d’expériences en laboratoire qui reproduisent les pressions écrasantes des profondeurs terrestres.
L’estimation standard oscillait autour de 6 000 K (environ 5 700 degrés Celsius), soit à peu près la température de la surface visible du Soleil. Ce chiffre provenait d’une combinaison d’expériences en cellule à enclumes de diamant et de modèles théoriques, notamment une étude de 2013 publiée dans Science qui rapportait une température de fusion du fer d’environ 6 230 K aux pressions de la limite de la graine, obtenue par diffraction rapide des rayons X.
Ces nouveaux travaux, en attente d’examen par les pairs, introduisent une méthode que les chercheurs considèrent comme une mesure plus directe de la température du fer fondu à pression extrême. La technique, un chauffage par impulsion Joule couplé à une mesure de température in situ, chauffe des échantillons métalliques à des températures dépassant 4 000 K sous pressions supérieures à 200 gigapascals, soit environ 2 millions d’atmosphères. Les chercheurs ont découvert que la température de fusion du fer aux conditions de la limite de la graine est plus proche de 5 200 K, soit environ 1 000 degrés de moins que la référence précédente.
Pourquoi le champ magnétique dépend de la température
La température à la limite de la graine n’est pas qu’une simple donnée planétaire. Elle détermine le moment où la graine a commencé à geler, un événement qui a fondamentalement changé le fonctionnement du champ magnétique terrestre.
Le champ magnétique terrestre est généré par convection dans le noyau externe liquide, où le fer fondu monte, se refroidit et descend dans une dynamo auto-entretenue. Lorsque la graine a commencé à se solidifier, elle a libéré de la chaleur latente et des éléments légers dans le noyau externe, fournissant une source supplémentaire de flottabilité qui a renforcé et stabilisé le champ.
Le problème est qu’un noyau chaud, à 6 000 K, aurait mis longtemps à refroidir suffisamment pour que la graine commence à geler. Certains modèles suggéraient que la graine pourrait n’avoir qu’environ 1 milliard d’années, mais les preuves paléomagnétiques montrent que la Terre possède un champ magnétique depuis au moins 3,5 milliards d’années, et peut-être plus longtemps encore. Il subsistait un écart de 2,5 milliards d’années durant lequel le champ devait fonctionner sans l’aide de la graine, une énigme connue sous le nom de « problème de la nouvelle graine ».
Un noyau plus froid résout ce problème. Si la limite de la graine est à 5 200 K plutôt qu’à 6 000 K, la graine aurait commencé à geler bien plus tôt dans l’histoire de la Terre, potentiellement il y a 2 à 3 milliards d’années. Le champ magnétique aurait bénéficié d’une graine solide, et de son apport stabilisateur en énergie, pendant la majeure partie de l’histoire de la planète, et non seulement durant son dernier quart.
Implications pour l’évolution planétaire
Cette découverte a également des implications au-delà de la Terre. La température du noyau d’une planète détermine la durée de persistance de son champ magnétique, ce qui conditionne à son tour la survie de son atmosphère face à l’érosion par le vent solaire. Mars, dépourvue de champ magnétique global, a perdu la majeure partie de son atmosphère il y a des milliards d’années. Vénus, qui n’a peut-être jamais développé de graine solide, ne possède pas de champ interne.
Si le noyau terrestre est plus froid que prévu, il pourrait aussi se refroidir plus rapidement. Les géochimistes débattent depuis longtemps de la quantité de chaleur radioactive restant dans le noyau, une inconnue clé des modèles d’évolution thermique. Une température de départ plus basse resserre les contraintes sur le bilan énergétique du noyau et pourrait aider à déterminer si le géodynamo ralentit.
Ces recherches ont été présentées à la Conférence Goldschmidt, la conférence internationale annuelle de géochimie, par une équipe dont la technique utilise le chauffage électrique par impulsions pour atteindre des conditions semblables à celles du noyau en laboratoire. Une prépublication ou une publication évaluée par les pairs est attendue prochainement.
Source principale : reportage de Science.org à la Conférence Goldschmidt, Montréal, 17 juillet 2026.
Traduit par Lydie