Une étude basée sur des analyses d’ondes sismiques révèle que la surface du noyau interne de la Terre semble dynamique, changeant notamment de forme, car plus malléable qu’on ne le pensait. Ces changements structurels seraient probablement dus à des perturbations liées aux mouvements du noyau externe en fusion. D’après les chercheurs, ils pourraient être impliqués dans le ralentissement continu de la vitesse de rotation du noyau interne.
Situé à environ 2 900 kilomètres de profondeur, le noyau de la Terre est une sphère d’un rayon d’environ 1 221 kilomètres, soit près de 70 % de la taille de la Lune. Il comprend une couche externe en fusion, composée principalement de fer et de nickel, en dessous de laquelle se trouve un petit noyau solide (appelé noyau interne), situé à environ 5 000 kilomètres de profondeur.
Chaque année, une petite quantité du noyau externe se cristallise et rajoute de l’épaisseur au noyau interne à un rythme d’environ un millimètre par an (selon des estimations). La solidification du noyau interne régule le mouvement du noyau externe, qui, à son tour, génère le champ magnétique de la Terre.
Des signaux de changements du noyau interne sont relevés depuis les années 1990. Cependant, un débat persistant subsiste quant à savoir s’il s’agit d’un mouvement du noyau ou tout simplement d’un déplacement de ses limites externes.
Différentes hypothèses ont été proposées. Elles incluent notamment le dégazage de volcans hypothétiques enfouis sous terre ou des glissements de terrain souterrains. Cependant, la plupart des recherches se sont concentrées sur l’analyse de la rotation du noyau plutôt que sa structure physique.
En suivant le ralentissement du noyau interne, une équipe de l’Université de Californie du Sud a détecté des signaux suggérant que non seulement il est en mouvement, mais il semble également changer de forme sur de courtes périodes. « Nous avons découvert des preuves que la surface proche du noyau interne de la Terre subit des changements structurels », explique dans un communiqué John E. Vidale, auteur principal de l’étude – publiée dans la revue Nature Geoscience.
Une couche externe plus malléable qu’on le pensait
Une précédente étude de Vidale et ses collègues a montré que la vitesse de rotation du noyau interne n’est pas constante. Il tournait plus vite que le reste de la planète jusqu’en 2010, où il a commencé à ralentir. Il tourne désormais plus lentement que le reste des couches terrestres. La nouvelle étude visait initialement à suivre ce ralentissement.
« Mais alors que j’analysais des sismogrammes datant de plusieurs décennies, un ensemble de données d’ondes sismiques s’est curieusement distingué des autres », affirme Vidale. « Plus tard, j’ai réalisé que j’étais en train d’observer des preuves que le noyau interne n’est pas [totalement] solide », indique-t-il.
Les données incluaient 168 paires d’ondes sismiques provenant de 42 endroits différents situés près des îles Sandwich du sud, un petit archipel volcanique situé dans le sud de l’océan Atlantique. Les séismes se sont produits entre 1991 et 2024 et ont été enregistrés au niveau des stations sismologiques de Fairbanks, en Alaska, et de Yellowknife, au Canada.
Les séismes génèrent deux types d’ondes : les ondes primaires (ou ondes P) et les ondes de cisaillement (ondes S). Les ondes P sont les premières à survenir et déplacent le sol dans leur direction de propagation. En revanche, les ondes S sont plus lentes et déplacent le sol dans une direction perpendiculaire à la leur.
Les ondes sismiques analysées dans le cadre de l’étude se propagent à l’intérieur de la Terre jusqu’à effleurer la surface du noyau interne. Le suivi de la vitesse et de la direction des signaux permet de détecter les changements et les mouvements se produisant au niveau de cette surface.
L’équipe de la nouvelle étude a relevé des caractéristiques inhabituelles dans les signaux détectés par la station canadienne. En améliorant la résolution des analyses, les chercheurs ont constaté que la forme des ondes sismiques indique une activité physique supplémentaire au niveau du noyau interne.
Les changements d’amplitude des ondes P pénétrant le noyau interne (ondes PKIKP) suggèrent la présence de déformations au niveau de sa couche la plus externe. Autrement dit, la frontière où le noyau interne rencontre le noyau externe serait moins solide et bien plus malléable qu’on le pensait.
Une implication dans le ralentissement du noyau interne ?
D’après les chercheurs, l’explication la plus probable du changement structurel du noyau interne est une perturbation liée au noyau externe. Bien que ce dernier soit connu pour sa turbulence, il n’a jusqu’à présent pas été démontré que cette turbulence peut influencer la structure du noyau interne. L’équipe estime en outre que ces changements topographiques pourraient être impliqués dans le ralentissement du mouvement du noyau.
Toutefois, les données de l’étude sont limitées à seulement une petite partie de la couche externe du noyau interne. Des experts estiment que de nouvelles données pourraient probablement révéler d’autres comportements confirmant ou non l’hypothèse de l’équipe de Vidale.
Néanmoins, ces résultats apportent des éléments pour mieux comprendre les champs thermique et magnétique de la Terre. En effet, nous ne savons pas encore quand et comment le noyau interne a commencé à se solidifier ni comment le champ magnétique terrestre a été maintenu avant cette solidification.