Le noyau interne de la Terre est principalement constitué de fer, bien que d’autres éléments tels que le nickel puissent également être présents en petites quantités. Ici, à plus de 5 100 km sous la surface, les atomes sont soumis à des pressions plusieurs millions de fois supérieures à celle de l’atmosphère. De ce fait, ils sont contraints de se rapprocher étroitement les uns des autres, formant un réseau cristallin compact. Cependant, les chercheurs ont découvert quelques subtilités.
Un environnement extrême et fascinant
L’une des caractéristiques les plus intrigantes du noyau interne est sa vitesse d’onde de cisaillement exceptionnellement faible par rapport aux matériaux solides courants. Cette observation suggère que le noyau interne est composé principalement de fer solide, mais dans un état cristallin particulier.
En outre, ce noyau solide présente un coefficient de Poisson ultra élevé. Il s’agit d’une mesure de la déformation d’un matériau lorsqu’il est soumis à une contrainte. Un coefficient de Poisson élevé signifie que le matériau a tendance à se contracter latéralement lorsqu’il est soumis à une contrainte de tension longitudinale.
Ces propriétés uniques du noyau interne de la Terre sont le résultat des conditions extrêmes qui règnent à des profondeurs de plusieurs milliers de kilomètres sous la surface de la planète. Cependant, les mécanismes physiques permettant d’expliquer ces caractéristiques de manière cohérente restent encore controversés. Et pour cause, il est impossible pour les scientifiques d’échantillonner directement le noyau interne de la Terre en raison de ses températures et pressions extrêmement élevées.
Dans le cadre de ces nouveaux travaux, des chercheurs ont tenté de recréer ces conditions en laboratoire en prenant une petite plaque de fer et en la tirant avec un projectile rapide. Les données de température, de pression et de vitesse collectées au cours de l’expérience ont ensuite été intégrées à un modèle informatique d’apprentissage automatique des atomes du noyau interne.
Des mouvements inattendus
Les scientifiques pensent que les atomes de fer dans le noyau interne sont disposés selon une configuration hexagonale répétitive. Cependant, la plupart des modèles informatiques décrivant la dynamique du réseau du fer dans le noyau ne montrent qu’un petit nombre d’atomes, ce qui limite notre compréhension de ces mouvements. Ici, grâce à un algorithme d’IA, les chercheurs ont pu renforcer considérablement l’environnement atomique en créant une « supercellule » d’environ 30 000 atomes pour prédire de manière plus fiable les propriétés du fer.
À cette échelle, l’équipe aurait alors observé des groupes d’atomes se déplaçant beaucoup plus rapidement qu’on ne le pensait, changeant de place tout en conservant la structure hexagonale globale.
Selon les chercheurs, ces mouvements atomiques pourraient expliquer pourquoi les mesures sismiques du noyau interne montrent un environnement beaucoup plus doux et malléable (comme dit plus haut) que ce à quoi on pourrait s’attendre à de telles pressions. Ces mouvements accrus rendent en effet le noyau interne moins rigide et plus faible face aux forces de cisaillement.
Selon les chercheurs, environ la moitié de l’énergie géodynamique qui génère le champ magnétique terrestre peut être attribuée au noyau interne, le reste étant constitué du noyau externe. Ces nouveaux travaux pourraient alors contribuer à éclairer les études futures sur la façon dont l’énergie et la chaleur sont générées dans cette région du centre de la Terre et sur la manière dont elles travaillent ensemble pour générer ce champ magnétique sans lequel il ne pourrait pas y avoir de vie sur notre planète.
Les détails de l’étude sont publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.
