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C’est le noyau de la Terre qui réchauffe notre planète et pas l’effet de serre atmosphérique

jeudi 1er mars 2018, par Robert Paris

Avertissement : nous exposons ici une thèse nouvelle de certains scientifiques, qui n’a pas encore eu le temps d’être confirmée ni infirmée, et qui change complètement notre point de vue sur le noyau de la Terre. Celui-ci ne serait pas seulement réchauffé par la concentration par gravitation des atomes lourds et instables au plan nucléaire et qui le réchaufferaient par des décompositions radioactives de ces noyaux instables mais aussi le siège de fissions se développant de manière exponentielle, à la manière d’une centrale nucléaire naturelle et spontanée.

Pourquoi y a-t-il de plus en plus de volcanisme, de tremblements de terre, et un sol plus chaud ? Pas à cause de l’effet de serre mais parce que le noyau de la terre se réchauffe par accumulation de chaleur lie aux fissions radioactives au centre de la planète.

Que sait-on du noyau terrestre ?

– Le centre de la Terre est un gigantesque cœur de 2 400 km de diamètre (à 5 150 km de la surface). Il est composé de fer et d’éléments à l’état de traces. C’est le "noyau interne" (ou "graine" de fer solide). La température s’élève à 6 000 °C. La pression est 3 600 000 fois plus forte qu’à la surface. Soumis à ces pressions et ces températures extrêmes, le fer adopterait au cœur de notre planète, à l’image du diamant, une structure en cristal.

– Cette graine baigne dans un immense océan de fer en fusion, le noyau externe. D’énormes tourbillons au sein de ce liquide (courants de convection) génèreraient le champ magnétique. L’instabilité de ces tourbillons provoquerait les modifications du champ magnétique.

Remarquons tout d’abord que nous n’avons aucun moyen de mesure directe de la température du noyau terrestre et que les seules températures reconnues le sont par des raisonnements indirects qui donnent des résultats divergents :

voir ici

La remontée de chaleur par convection formant des "cellules de Bénard"

Entre 3800 et 5500 pour les uns, 6500 pour les autres, la température du noyau terrestre n’est pas vraiment connue…
Probablement aussi chaude que la surface du soleil !

Des chercheurs du CEA viennent de montrer que la température qui régnait au centre de la Terre était sensiblement plus élevée que les valeurs admises jusqu’à présent.

Pour calculer plus précisément cette température, les chercheurs ont soumis un échantillon de fer aux conditions physico-chimiques et thermiques extrêmes qui règnent au cœur de la Terre, dans le noyau terrestre situé à 2900 km de profondeur.

Jusqu’à présent, les résultats expérimentaux et les prévisions théoriques concernant la température du noyau étaient en désaccord. Pour résoudre cette divergence, les chercheurs ont comprimé de minuscules grains de fer entre deux pointes de diamant, atteignant une pression de deux millions d’atmosphères. Parallèlement, ces particules de fer ont été chauffées à l’aide d’un faisceau laser.

En utilisant la source de rayon X du Synchrotron européen, les chercheurs ont réussi à mesurer l’évolution physique des particules de fer jusqu’à une pression de 2,2 millions d’atmosphères et une température de 4800°C.

Par extrapolation, les scientifiques ont alors pu calculer qu’à la pression régnant dans le noyau - 3,3 millions d’atmosphères, la température du fer devait atteindre environ 6000°C, ce qui est en accord avec les prévisions théoriques.

Les chercheurs du CEA et du CNRS, dont les travaux ont été publiés le mois dernier dans « Science ". Comment, en l’absence de moyen de mesure directe, estimer la température qui règne au plus profond du noyau terrestre, cette zone constituée essentiellement de fer liquide ? Un indice : ce noyau possède lui-même un... noyau, appelé la graine, lui aussi constitué de fer, mais à l’état solide. Cette graine grossit très lentement par solidification du noyau liquide environnant. A la limite graine-noyau, à 5.150 kilomètres de profondeur et avec une pression correspondant à 3,3 millions de fois celle de l’atmosphère, la température doit donc être proche de celle de fusion du fer à cette pression. Pour déterminer cette température de fusion, les chercheurs ont comprimé de minuscules grains de fer entre deux pointes de diamant (afin de recréer cette pression gigantesque) tout en les chauffant progressivement avec un rayon laser. Ne leur restait plus alors qu’à observer à quelle température les grains de fer passaient de l’état solide à l’état liquide, ce qui ne pouvait être fait qu’indirectement en les bombardant de rayons X. Le résultat tient en 4 chiffres : 6.000 °C

Mais cette température provient-elle d’un équilibre ou d’une augmentation ? A quelle dynamique obéit-elle ?

C’est le noyau de la Terre, dont les matériaux radioactifs émettent de l’énergie nucléaire, énergie qui tente difficilement d’émerger en passant par le magma puis l’écorce terrestre, qui réchauffe la planète et pas l’effet de serre atmosphérique

Aussi bizarre que cela puisse paraître, on en sait plus sur les étoiles et les galaxies lointaines que sur ce qui se passe au centre de la Terre, dans le noyau en fusion. Les théoriciens divergent fondamentalement à la fois sur le fonctionnement de ce noyau, sur sa dynamique, sur ses caractéristiques : pression, température, magnétisme, etc… Comme on n’a jamais pu enregistrer l’évolution de ce noyau, impossible pour le moment d’être sûrs de la manière dont ce noyau évolue, en particulier comment évolue sa température.

Ce que l’on sait, c’est que la chaleur de ce cœur ne provient pas de celle des matériaux en fusion à l’origine de la Terre, énergie épuisée depuis belle lurette en surface comme en profondeur. On sait que ce sont les décompositions nucléaires spontanées des atomes d’uranium, thorium et potassium, éléments radioactifs à longue durée de vie, qui émettent l’énergie nucléaire, augmentant la température et mettant en fusion ce noyau au point qu’il serait d’une température équivalente à celle de la surface des étoiles, ce qui n’est pas rien : plusieurs milliers de degrés !!!!

D’autre part, l’évolution de la production de cette énergie dépend de la part de chacun des éléments radioactifs car ils n’ont pas la même durée de vie, l’uranium étant ainsi plus rapide à se décomposer. Il faudrait connaître par exemple la part du potassium pour estimer s’il est possible que le noyau chauffe actuellement ou se refroidisse. Et encore cela dépend du type d’uranium : la demi-vie de l’uranium 235 est de 700 millions d’années alors que celle de l’uranium 238 est de 4,5 Ga !

Mais tout cela ne nous dit pas quelle est finalement la température et les nombres cités par les scientifiques varient considérablement entre 5000 et 7000 degrés… Quant à réfléchir à l’évolution de cette température, on ne s’y attelle pas facilement, vu la difficulté de mesurer, directement ou indirectement, quoi que ce soit.

Le seul moyen de raisonner sur ce cœur de la planète a consisté à discuter des pressions qui peuvent y régner et des états de la matière de ce noyau, en discutant des températures que cela suppose. Une discussion très indirecte et qui ne permet certainement pas de discuter d’évolutions des températures de ce noyau terrestre.

Rappelons tout d’abord que l’on entend par noyau terrestre une boule interne d’un rayon de 1220 kilomètres dont on ignore en réalité dans quel état de la matière elle existe (solide, liquide, plasma,…). Combien y a-t-il de couches diverses de ce noyau, dans quels états sont-elles, tout cela est encore en discussion, et les débats sont bien loin d’être tranchés.

Un des éléments du débat est l’existence d’un magnétisme induit par ce noyau terrestre qui contient une part considérable de fer. Cela suppose en effet que le noyau de fer subisse une rotation qui produit le champ interne de la Terre… En effet, il est impossible que le fer conserve une aimantation permanente vues les hautes températures qui dépassent largement le seuil : point de Curie. Il faut donc que le noyau ferreux soit entouré de fer en fusion et produise un effet d’aimant auto-entretenu par un mécanisme de dynamo dû à la rotation du noyau solide dans le liquide. Cela suppose aussi de hautes températures pour maintenir du fer en fusion malgré des pressions énormes… Mais tout cela dépend aussi de la taille du noyau solide. Est-elle constante ? Ce qui le détermine, c’est la température. Si la chaleur s’accumule au centre, le noyau fond et diminue, modifiant la rapidité du mouvement du noyau solide et l’effet magnétique produit. C’est ce qui semble se produire justement… Ce qui en décide, c’est à la fois l’état des fissions radioactives, le pourcentage de noyaux instables qui se décomposent et la capacité de la chaleur de s’évacuer vers la surface via le manteau et la croûte…

Quelle énergie a réussi à alimenter le champ magnétique terrestre, sachant que celui-ci existe depuis 3,2 milliards d’années alors que la graine solide n’existerait que depuis 2 milliards d’années maximum (en tenant comptant du refroidissement de la boule en fusion originelle) ? Il faudrait que l’on trouve dans le noyau terrestre également du potassium radioactif, ce qui expliquerait aussi le réchauffement actuel par les désintégrations radioactives naturelles dans le noyau…

Avons-nous des raisons de penser que le réchauffement terrestre ait pour origine le noyau de la planète ?

Une des raisons est le fait que les phénomènes dont l’origine est la chaleur de ce noyau semblent de plus en plus actifs : volcanisme, terrestre et sous-marin, tremblements de terre et tsunamis… Là encore, la mesure d’une évolution n’a rien de facile et on peut difficilement dire si les magmas d’aujourd’hui sont plus actifs que ceux d’hier….

Quel rapport, d’ailleurs, le réchauffement de la Terre pourrait bien avoir avec l’évolution de la température du noyau et ses décompositions radioactives ?

Eh bien, il faut d’abord constater que les zones d’où partent ces augmentations de températures semblent bel et bien liées aux failles de l’écorce terrestre par lesquelles la chaleur interne de la Terre trouve son chemin vers l’extérieur….

Un des exemples est le volcanisme de la zone polaire nord. Il semble que la fonte du Groenland ait bel et bien une origine non atmosphérique mais due à la hausse des températures souterraines liées à la hausse de la température du noyau… En effet, il s’avère que le glacier fond par en dessous !

Un autre exemple est la zone d’apparition de masses d’eau chaudes au sein du Pacifique et qui donne naissance périodiquement au phénomène dit « El Ninõ » auquel on attribue une part importante du réchauffement terrestre.

Notons d’abord que l’origine du démarrage des épisodes « El Niño » a été cherché, sans succès, dans des causes climatiques (courants marins, changements de pression ou de température de surface, mouvements atmosphériques et autres…). Cela signifie que son origine n’est pas à la surface de la Terre ni à base climatique. C’est donc bel et bien de la tectonique des plaques et des mouvements magmatiques, c’est-à-dire fondamentalement de changements ou de mouvements démarrant au centre de la Terre, que ce phénomène, qui cause une augmentation de température en surface, découle. S’il est plus fort qu’auparavant, c’est que la chaleur du centre de la Terre l’est également…

Quelle raison y aurait-il que les matériaux radioactifs (noyaux d’atomes lourds et instables) du centre de la Terre émettent des radiations et de l’énergie de manière toujours identique et quelle raison que la chaleur du centre s’évacue vers la surface de manière constante ? Aucune ! Il est tout à fait possible que le centre perde plus de chaleur ou qu’il en accumule plus. On n’a aucune raison physique de croire que la chaleur du noyau soit à l’équilibre ni que la dynamique du noyau reste sans cesse égale à elle-même. Il peut y avoir des à-coups, comme en témoigne El Niño ou des changements lents sur des temps longs, comme en témoigne l’augmentation des volcans et des tremblements de terre ou comme en témoigne la hausse de la température globale.

Mais, direz-vous, cette hausse a déjà trouvé sa raison avec la hausse des gaz « à effet de serre », gaz carbonique, vapeur d’eau et méthane en particulier ?

Ce n’est pas aussi simple. On n’a aucune preuve directe que ce soit la cause et on a plusieurs raisons de penser que ce n’est pas le cas.

Première raison : l’effet de serre est limité dans ses effets et, au-delà d’un seuil, l’effet s’inverse !

Deuxième raison : il y a d’autres rétroactions de l’atmosphère allant en sens inverse, dont l’albédo qui commande le renvoi des rayons lumineux par la Terre.

Troisième raison : il y a les rétroactions liées au vivant, en particulier aux micro-organismes marins.

Quatrième raison : la hausse des températures dépasse largement celle que prédirait l’effet de serre, même au vu des hausses importantes de gaz carbonique d’origine humaine.

Cinquième raison : la hausse des températures qu’il faut prendre en compte dépasse largement celle qui est mesurée. En effet, la température mesurée prend en compte la baisse de l’énergie émise par le Soleil, puisque la Terre est dans une période où elle s’éloigne de son dernier réchauffement, suite au « petit âge glaciaire ».

En somme, au point de vue solaire, nous serions dans une phase de glaciation qui est tempérée par la hausse des températures due à autre chose que le Soleil et donc due à autre chose aussi que l’effet de serre… Comme candidat, il ne reste plus que l’énergie interne du centre de la Terre qui, elle, n’est pas nécessairement en train de baisser et qui dépend des éléments lourds, atomes aux noyaux instables et émettant de l’énergie nucléaire.

Et au point de vue des fissions nucléaires des noyaux instables, on peut se poser la question d’où on est historiquement : est-il possible que ces fissions augmentent ou que l’énergie s’accumule dans l’intérieur de la Terre, incapable de s’extraire suffisamment pour maintenir un équilibre thermique du noyau ? C’est parfaitement possible !

Un calcul scientifique a donné le résultat suivant : une augmentation de température de surface terrestre d’un degré peut provenir d’une augmentation de température du noyau de 15 degrés.

Existe-t-il un moyen de savoir si la fonte du noyau central a augmenté suite à une hausse de température du centre ? Oui, le noyau solide qui tourne dans le liquide en fusion tournerait plus vite. Eh bien, cela semble être le cas !!!

On remarquera déjà que le simple fait que le centre de la Terre ne se soit toujours pas refroidi malgré la remontée de chaleur par le manteau pose déjà question sur la durabilité du phénomène et laisse entendre que l’énergie du noyau a été sous-estimée jusque là…

Conclusion : il se pourrait donc que le centre de la Terre soit donc plus chaud que l’on pensait avant…

D’autre part, dans le bilan énergétique de la Terre, certes le noyau représente un relativement petit nombre de kilomètres par rapport au manteau plus à l’écorce terrestre, il représente seulement 16% du volume total mais il représente 67% de la masse terrestre, ce qui est fondamental en termes de capacité d’accumulation d’énergie !

Boehler, Reinhard. « Melting temperature of the Earth’s mantle and core : Earth’s thermal structure. » Annual Review of Earth and Planetary Sciences 24.1 (1996) : 15-40.

Anzellini, S., et al. « Melting of Iron at Earth’s Inner Core Boundary Based on Fast X-ray Diffraction. » Science 340.6131 (2013) : 464-466.

L’idée d’une espèce de réacteur nucléaire (d’origine non humaine) fonctionnant à l’intérieur de la Terre peut sembler absurde. Pourtant, elle ne l’est pas... Il existe en effet une preuve indiscutable que le phénomène est possible. Dans la mine d’uranium d’Oklo, en République Gabonaise, ont été retrouvés les résidus d’une réaction de fission nucléaire auto-entretenue s’étant déroulée dans la roche il y a environ 1,7 milliard d’années.

La découverte date de juin 1972, lorsque l’on a constaté qu’une partie du minerai était anormalement pauvre en 235U. Il fallut rapidement se rendre à l’évidence, comme le montrèrent les analyses ultérieures : pendant plus de 400.000 ans une série de petits réacteurs nucléaires naturels avaient spontanément démarré puis fonctionné pendant de longues périodes. Originellement dispersé dans du grès, de l’uranium 235 s’était retrouvé rassemblé dans certaines zones jusqu’à atteindre la concentration nécessaire au démarrage de la fission. La présence de circulation d’eau avait servi de modérateur et permis aux réactions en chaîne de se produire lentement mais de façon stable.

En 1992, le chimiste nucléaire Marvin Herndon avait proposé l’existence d’un réacteur nucléaire naturel semblable à ceux d’Oklo à l’intérieur de Jupiter et d’autres planètes géantes. On sait en effet que ces planètes sont plus actives qu’on ne le pensait et qu’elles rayonnent plus d’énergie qu’elles n’en reçoivent du Soleil. Il n’est pas sûr que la simple contraction gravitationnelle selon le mécanisme de Kelvin-Helmoltz, jointe à des processus de changement de phase, comme la condensation de l’hélium, soient à l’origine d’un dégagement suffisant d’énergie pour expliquer les observations.

Herndon avait ensuite étendu ses idées au cas de la Terre en imaginant que l’énergie animant les courants de convection dans le noyau n’était pas due uniquement à la cristallisation lente et continue de la graine. La plupart des géophysiciens et des géochimistes sont restés sceptiques, car il est difficile de croire que le noyau ait pu s’enrichir suffisamment en éléments radioactifs. En effet, selon la composition minéralogique et les conditions physiques, certains éléments peuvent ou non se retrouver associés dans une roche.

Une variante de cette idée vient d’être relancée par le physicien Rob de Meijer de l’University of the Western Cape, Cape Town (Afrique du Sud) et par le géochimiste Wim van Westrenen de la Free University of Amsterdam. Ce ne serait pas dans le noyau mais dans certaines zones à la base du manteau, juste au-dessus de l’interface noyau-manteau, que de l’uranium pourrait s’être accumulé pour former des réacteurs nucléaires naturels.

Les deux chercheurs s’appuient sur une découverte récente de Maud Boyet et Richard Carlson selon laquelle le manteau de la Terre s’est différencié plus rapidement que ce que l’on croyait. Basée sur la comparaison des abondances de 142Nd, un isotope du néodyme, dans les roches terrestres et les chondrites, cette percée dans l’histoire de la Terre primitive implique justement qu’à la frontière noyau-manteau devrait se trouver un réservoir riche en uranium, thorium et potassium, des éléments radioactifs à longue durée de vie dégageant de la chaleur.

Selon De Meijer et van Westrenen, l’uranium pourraient facilement s’accumuler dans la perovskite riche en calcium que l’on trouve à la base du manteau. La concentration à atteindre pour obtenir une réaction en chaîne est encore 20 fois plus importante que ce qui semble possible dans ce silicate mais, selon eux, l’écart n’est pas suffisamment grand pour exclure que le phénomène puisse s’y produire. Les réacteurs nucléaires du manteau, s’ils existent, pourraient même fonctionner comme des surgénérateurs et produire du plutonium. En outre, les produits des réactions contiendraient de l’hélium et du xénon, ce qui pourrait expliquer des anomalies constatées dans les laves remontant en surface au niveau des points chauds.

Qu’est-ce que la radioactivité naturelle qui est source d’énergie du noyau terrestre

D’où provient la chaleur interne de la Terre

Une méthode indirecte pour estimer la température du centre de la terre

Quelle est la température du centre ?

Chaleur de la Terre et géothermie

Le noyau interne de la Terre

La thèse de Courtillot sur le réchauffement climatique

Le déplacement du noyau terrestre

Pourquoi le noyau de la terre ne serait-il pas responsable en partie du réchauffement de notre planète ?

Le réchauffement global provient du noyau

Nouveau voyage au centre de la Terre

Comment est mesurée la température du noyau de la Terre ?

La couche de glace fond à cause du réchauffement du noyau de la Terre, et non pas à cause du réchauffement global

La suite du précédent

Le noyau solide de fer central tourne plus vite

Réponses à quelques questions sur le climat et le réchauffement

Le centre est aussi chaud que la surface solaire

Comment on connaît la température du centre

D’où vient l’énergie du centre ?

Y a-t-il une augmentation des volcans et tremblements de terre ou tsunamis ?

Volcanisme au pôle nord

Volcanisme et réchauffement en Islande

Volcanisme et climat

Structure interne de la Terre :

1. Croûte continentale

2. Croûte océanique

3. Manteau supérieur (ou Asthénosphère)

4. Manteau inférieur (ou Mésosphère)

5. Noyau externe

6. Noyau interne (ou graine)

A. Discontinuité de Mohorovičić

B. Discontinuité de Gutenberg

C. Discontinuité de Lehmann

Un autre témoignage du réchauffement souterrain : la hausse des tremblements de terre :

Une autre hypothèse : la chaleur interne de la Terre pourrait provenir d’une centrale nucléaire spontanée dans le manteau

Il existe aussi l’hypothèse que des matières radioactives dans le manteau ou le coeur, avec de la radioactivité incontrôlée, proviennent des centrales, du corium des centrales japonaises par exemple...

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