C’était un projet fou : fracturer l’écorce terrestre à l’aide d’une bombe atomique. Puis construire une sonde bourrée d’instruments de mesure, et essayer de lui frayer un chemin jusqu’au noyau terrestre. Une idée en forme de boutade proposée il y a quatre ans par David Stevenson, du California Institute of Technology¹.
La plaisanterie n’est pas anodine, car l’on en sait finalement peu sur le centre du globe. Privés d’yeux, les chercheurs trouvent des astuces pour mieux comprendre ce qui s’y passe. Ils étudient les météorites pour connaître les matériaux primitifs qui ont donné naissance aux couches successives de notre planète ; écrasent de la matière surchauffée par laser dans des enclumes à diamants pour reproduire les températures et pressions extraordinaires (autour de 5 000 °C et 3,5 millions de fois la pression atmosphérique) qui règnent dans le noyau ; font et refont leurs simulations informatiques. Et surtout, ils imaginent et vérifient leurs hypothèses au gré des séismes. Car ce sont les pires secousses qui permettent de « voir » le noyau : les ondes sismiques qu’elles génèrent sont à la géophysique ce que la lumière est à l’astronomie. Grâce à elles et aux instruments qu’ils ont développés (sismographe, tomographie sismique), les scientifiques dessinent les entrailles du globe à partir de leur propagation, de leur vitesse et de leurs changements de direction ou d’amplitude.

Le cœur de la Terre
« C’est de cette façon que l’on sait depuis le milieu des années trente qu’il existe une graine, solide en raison de la pression qui s’y exerce, au cœur du noyau liquide », raconte Annie Souriau, du laboratoire « Dynamique terrestre et planétaire », à Toulouse². Alors que le centre de la Terre se refroidit depuis qu’elle s’est formée, le noyau liquide cristallise, formant une graine métallique en son centre qui grossit imperceptiblement chaque jour. Si la sonde de Stevenson n’était pas qu’imaginaire, elle plongerait dans le noyau liquide à environ 3 000 kilomètres de profondeur, avant de heurter la graine 2 200 kilomètres plus bas. Dans le noyau liquide, elle verrait la matière en mouvement et les volutes qui forgent le champ magnétique terrestre. Au passage, elle nous en dirait plus sur la recette exacte du noyau liquide, qui reste floue : on sait juste qu’il est formé principalement de fer, qu’il contient du nickel, sans doute du soufre, de l’oxygène, et une très faible proportion d’autres éléments.



Une graine déroutante
Grâce à la lecture des ondes sismiques P, les chercheurs savent désormais également que la graine ne s’est pas solidifiée n’importe comment. Mais on ne sait pas de quelle façon. Celles qui sèment le doute ? « Les ondes P, qui se propagent plus vite parallèlement à l’axe de rotation de la Terre, que perpendiculairement, explique Annie Souriau. Mais on ne sait pas expliquer les raisons de cette anisotropie³. » Plusieurs pistes sont évoquées. La graine pourrait contenir des poches de liquide allongées et orientées dans une même direction. « Une idée qui n’est plus très populaire, car elle pose des problèmes de thermodynamique », précise Annie Souriau. En effet, ce que l’on sait actuellement du refroidissement du noyau ne collerait pas avec l’existence de telles poches, nécessairement plus chaudes que le reste de la graine.
Autre piste : les chercheurs pensent que les cristaux de fer présents dans la graine sont orientés parallèlement à l’axe de rotation de la Terre. Mais l’enquête est compliquée par la présence d’impuretés, du soufre par exemple, qui change la forme et les propriétés des cristaux. « On ne peut pas tout reproduire en laboratoire, regrette Annie Souriau. On utilise des modèles numériques décrivant une graine en fer, puis on ajoute du soufre, ou du nickel, et on voit ce qu’ils prédisent. » La structure de la graine serait d’ailleurs complexe, renfermant peut-être une sous-graine, « sans doute simplement une variation d’anisotropie au centre », corrige Annie Souriau, évoquant des « poupées russes qu’on connaît d’autant moins qu’on se rapproche du milieu ». L’un des écueils est la présence, dans le bas manteau, d’une zone particulièrement mystérieuse qui distord les ondes sismiques. « Située 2 900 kilomètres sous nos pieds, cette couche, baptisée D” agit comme un verre dépoli. »
Si l’existence de la graine – et son anisotropie – font consensus, les débats font rage : est-elle contrainte, par gravité, à suivre la rotation de la Terre ou fait-elle bande à part, suivant un mouvement influencé par le champ magnétique terrestre ? « A priori, on a tendance à penser que la force de gravitation domine, et que la graine n’a pas de rotation propre, ce que disent aussi les modèles, indique Annie Souriau. Mais des équipes pensent avoir vu une rotation. » Il ne sera pas facile de trancher.

Denis Delbecq