GEOPHYSIQUE

Les secrets de la dynamo terrestre

Quel est le moteur qui génère le champ magnétique indispensable à la vie sur Terre? Une équipe américaine pourrait avoir résolu cette énigme 

Depuis plus de 3,5 milliards d’années, voire 4 milliards ou plus, la Terre est protégée par un champ magnétique qui repousse la plupart des particules venues de l’espace, rayons cosmiques ou autres nuées de poussières poussées par les tempêtes solaires. Mais l’origine de ce bouclier qui a rendu la vie possible reste un mystère. Dans la revue Nature du 21 janvier, David Stevenson et Joseph G. O’Rourke, de l’université Caltech, en Californie, décrivent un mécanisme original qui résout cette énigme.

Lire aussi: Le géomagnétisme sous l’œil des satellites

« Dave Stevenson présente cette idée depuis plusieurs années. La nouveauté est qu’elle est maintenant quantifiée », estime Stéphane Labrosse, professeur de géophysique à l’Ecole normale supérieure de Lyon. « Nous espérons que notre étude serve de base à une solution complète, même s’il y a encore du travail à faire », répond modestement Joseph Rourke, actuellement en thèse. L’histoire de ce phénomène est en effet semée de fausses bonnes idées.

Dès le XIXe siècle, les géophysiciens comprennent que les lignes de champ sur lesquelles s’aligne l’aiguille d’une boussole ne viennent pas de la surface de la Terre, mais de ses entrailles, à plus de 5 000 km de profondeur. Ils imaginent que, au centre, existe une sorte de barreau aimanté. Erreur : à la température régnant à ces profondeurs (au moins 5 000 °C), aucun métal ne peut maintenir une aimantation permanente.

Mouvements de convection

Nouvelle tentative avec le modèle de la dynamo : à l’inverse de celle d’un vélo, dans laquelle la variation d’un champ magnétique crée un courant électrique, pour la Terre, la variation d’un champ électrique crée un champ magnétique. Le courant électrique est porté par le fer et le nickel en fusion dans le noyau terrestre. Quant au mouvement, ses causes restent à trouver…

La structure interne de la Terre et son champ magnétique.

L’un de ces mécanismes, très simple, est très efficace. Telle l’eau chauffée dans une casserole, le liquide du cœur de la Terre s’agite de mouvements de convection ; les éléments montent et descendent. Mais cela dépend de la capacité du métal à conduire la chaleur. S’il conduit trop, la chaleur s’évacue sans créer de convection. « Lorsque l’on chauffe du mercure au lieu de l’eau, la ­convection disparaît », indique ainsi James Badro, de l’Institut de physique du globe de Paris. Or en 2012, deux équipes ont montré que la conductivité thermique du fer, l’élément dominant du noyau, était sous-évaluée de deux à trois fois. Exit l’agitation par ce biais…

Qu’à cela ne tienne, une autre idée a été proposée, analogue à celle qui explique les vastes courants marins dans les océans. Le sel des mers n’aime pas la glace. Lorsque, en hiver, celle-ci se forme, l’eau se charge en sel et s’alourdit, plongeant ainsi dans les profondeurs et entraînant le tapis roulant maritime. Dans le noyau de la Terre, point de sel, mais des éléments légers, mal connus, mais probablement du silicium, du carbone, du soufre… Lorsque le fer liquide se refroidit, une graine se solidifie au centre de la Terre. Comme ces éléments légers préfèrent le liquide, ils modifient la densité du fluide : une partie monte et enclenche une ­convection, initiatrice de la dynamo magnétique. Fin de l’histoire ?

Histoire d’impureté

Non, car cette graine solide n’a pu apparaître très tôt dans l’histoire de la Terre. Elle explique le champ magnétique d’aujourd’hui et jusqu’à 1 ou 2 milliards d’années en arrière, mais pas plus. D’où le moteur alternatif proposé par les Californiens.

C’est encore une histoire d’impureté. Cette fois, il s’agit d’oxyde de magnésium, l’un des ingrédients principaux du manteau terrestre. Lors de la formation de la Terre, il s’est dissous dans le métal liquide. Puis, la température baissant, cette solubilité a diminué et le magnésium n’a eu qu’une envie, sortir du liquide. « Comme le gaz sort d’une bouteille lorsqu’on l’ouvre », décrit Stéphane Labrosse. Finalement, le magnésium est remonté, créant le flux de matière espéré. La dynamo a commencé à tourner !

J’étais fou de joie de voir que nos calculs précis confirment notre intuition.

Les simulations des physiciens montrent que l’énergie ainsi générée est suffisante pour créer et maintenir le champ depuis l’origine. « J’étais fou de joie de voir que nos calculs précis confirment notre intuition, souligne Joseph O’Rourke. Sans doute que de prochains travaux modifieront des détails, mais je suis optimiste sur le fait que nous avons planté une graine qui grossira en un modèle réaliste. »

« C’est une idée géniale ! Je les avais pris pour des fous au début mais ils ont raison », s’enthousiasme, quant à lui, James Badro, qui a présenté en décembre, lors d’une conférence, des travaux corroborant ce modèle théorique. Ses mesures à hautes pression et température montrent que le magnésium se dissout effectivement dans le fer dans les conditions primordiales de formation de la Terre. La dynamo peut continuer de tourner.

Lire aussi: Pour s’orienter, les tortues utilisent une «carte magnétique»

Publicité