La graine de la Terre ou noyau interne occupe un

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1 Voyage au centre de la Terre la dérive immobile de la graine La structure géologique la plus profonde de la Terre, la graine, s est révélée de plus en plus précisément au cours des vingt dernières années, grâce à la sismologie. Les vitesses sismiques sont plus élevées dans la direction nord-sud, les hémisphères Est et Ouest sont dissymétriques et le noyau liquide qui entoure la graine est anormalement dense sur 2 km. Pour comprendre cette structure, il est nécessaire de construire un modèle dynamique de son apparition et de sa croissance. La graine de la Terre ou noyau interne occupe un gros tiers du rayon du noyau, soit 22 km, tandis que le noyau occupe une grosse moitié du rayon de la Terre, soit 3 48 km (figure ). Chimiquement, le noyau interne et externe est composé essentiellement de fer (85 %), de nickel (7 %) et d autres éléments, mal connus mais plus légers. Le noyau, riche en éléments denses, s est probablement différencié très tôt du manteau constitué de roches silicatées, en quelques dizaines de millions d années seulement au moment de la formation de la Terre, il y a 4,57 milliards d années. Depuis sa «différenciation» selon la terminologie consacrée, le noyau est longtemps resté intégralement liquide, mais le lent refroidissement dit séculaire de la Terre a fait passer la température au centre du noyau en deçà de sa température de fusion, il y a environ un milliard d années. Ainsi est apparue la graine, qui croît depuis lors à mesure que le noyau change de phase (voir encadré ). La graine n est que le noyau liquide solidifié, avec une différence sensible de composition, car elle contient moins d éléments légers que le noyau liquide d après les mesures sismologiques. Les éléments légers qui ne sont pas incorporés dans la graine solide s échappent dans le liquide, montent vers le manteau et constituent probablement la principale source de mouvement de convection du noyau liquide. Rappelons l importance de cette convection qui est responsable du champ magnétique terrestre par l effet dynamo. En 936, Inge Lehmann mit en évidence l existence de la graine par l étude des trajets et des temps d arrivée des ondes sismiques qui traversent une grande partie du globe, ce qui n est possible que lors des forts séismes. Depuis, les progrès de la sismologie ont permis d améliorer notre connaissance de la graine, en premier lieu de 47 TW ~ TW Température (K) Manteau Noyau Graine 2 3 Pression (GPa) déterminer qu elle est solide (publication en 97, de Dziewonski et Gilbert, d après les sismogrammes du séisme du Chili de 96). Depuis les années 8, des observations plus fines ont conduit à une image plus complexe et énigmatique de la graine. Premièrement, les ondes sismiques qui traversent la graine dans une direction parallèle à l axe de rotation de la Terre (trajets polaires) sont plus rapides que celles qui la traversent dans une rayon (km) profondeur (km) Figure Structure radiale de la Terre. À gauche, indication du flux de chaleur sortant de la Terre (47 TW ± 2 TW) et sortant du noyau ( TW ± 5 TW). À droite, profils radiaux de pression et de température (voir encadré ). Article proposé par : Thierry Alboussière, thierry.alboussiere@ens-lyon.fr Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement, UMR 5276, CNRS/Univ. Lyon /ENS Lyon, Lyon Renaud Deguen, Department of Earth and Planetary Sciences, Johns Hopkins University, Baltimore, USA 2

2 Géophysique Encadré Gradient adiabatique et rayon de la graine La distribution de température dans le noyau détermine le rayon de la graine. Voici comment la déterminer en très bonne approximation. Dans un milieu bien mélangé, ce n est pas la température qui est homogène, mais l entropie, car les différentes parties de ce milieu ne font que subir des compressions et expansions réversibles. Dans les expériences de laboratoire, la pression est uniforme (le gradient de pression hydrostatique produit des différences de pression tout à fait négligeables à l échelle de la taille d une expérience) et l uniformité de l entropie se traduit par l uniformité de la température, mais cet état d entropie homogène est bien vérifié pour la basse atmosphère, où la température baisse quand la pression baisse (ou quand l altitude augmente). Dans le noyau, la pression augmente également avec la profondeur pour équilibrer le poids de la colonne de noyau ainsi la température doit augmenter pour maintenir l entropie Σ constante. Un résultat classique de thermodynamique donne la variation isentropique de température T avec la pression P T αt =, () P ρc Σ p où α et c p sont le coefficient d expansion volumique et la capacité calorifique à pression constante, et ρ la masse volumique. Dans le noyau, puisque le profil de pression est bien connu (très proche de l hydrostatique), le profil de température correspondant l est aussi ; on l appelle le gradient adiabatique de température. Une autre courbe de température est également d une grande importance, il s agit de la température de fusion en fonction de la pression (ou de la profondeur) ; on l appelle courbe de Clapeyron en référence aux travaux du scientifique français. La courbe de gradient T(K) 6 5 temps 4 manteau Clapeyron adiabatiques noyau liquide passées actuelle futures profondeur adiabatique est définie par rapport à un point de référence. Initialement, cette courbe est située vers les hautes températures et n a pas d intersection avec la courbe de Clapeyron. Au cours du refroidissement de la Terre, la courbe de gradient adiabatique se décale vers les basses températures. Comme la pente de la courbe de Clapeyron est plus forte que celle du gradient adiabatique, la première intersection a lieu au centre de la Terre. Cette intersection se déplace ensuite jusqu au rayon actuel à mesure que la courbe de gradient adiabatique descend. rayon actuel graine centre de la Terre Figure 2 Courbes de température dans le noyau terrestre et leur évolution (gradient adiabatique), et courbe de Clapeyron (changement de phase). direction perpendiculaire (trajets équatoriaux). On parle d anisotropie sismique que l on tente d expliquer par une orientation privilégiée des cristaux de fer élastiquement anisotropes. La question de savoir comment cette orientation est acquise reste encore sans réponse satisfaisante. Deuxièmement, les propriétés sismiques de surface de la graine sont nettement différentes entre deux hémisphères qui coïncident (fortuitement) avec l Est et l Ouest délimités par le méridien de Greenwich. Près de sa surface, la graine est sismiquement isotrope (vitesse de propagation indépendante de la direction) mais pas homogène avec une vitesse sismique rapide à l Est, lente à l Ouest. De plus, les ondes sont plus faiblement amorties à l Est qu à l Ouest. La troisième observation concerne le noyau liquide juste au-dessus de la graine. Dans le noyau liquide, les vitesses sismiques varient comme prévu selon la profondeur pour un milieu bien mélangé (voir encadré ), excepté dans une zone de 2 km au-dessus de la graine. Les vitesses sismiques y sont plus faibles qu escompté et cela est interprété par une plus faible concentration en éléments légers. Cette observation est étonnante car la graine est sensée rejeter des éléments légers en cristallisant, on ne s attend donc pas à ce que leur concentration soit plus faible près de sa surface. Comment produire une couche fluide dense La graine rejette des éléments légers dans le noyau liquide en cristallisant, mais un mécanisme évoqué depuis longtemps permet de produire un liquide appauvri en éléments légers, simplement en fondant le solide déjà formé. En effet, celui-ci ayant perdu ses éléments légers lors de la solidification produit un liquide également pauvre en éléments légers après fusion. Dans un article récent, nous avons émis et testé l hypothèse que la graine pourrait cristalliser sur une partie de sa surface, tandis qu elle fondrait sur l autre partie. En moyenne, on doit évidemment avoir un excès de cristallisation par rapport à la fusion pour assurer la croissance de la graine en réponse au refroidissement séculaire évoqué plus haut. 22

3 Voyage au centre de la Terre la dérive immobile de la graine L hypothèse sous-jacente est que le fluide léger (produit de la cristallisation) monterait rapidement radialement tandis que le fluide dense (produit de la fusion) résiderait plus longuement près de la surface de la graine. Les mouvements turbulents de convection vont certainement mélanger les deux fluides mais la tendance à la stratification continuet-elle à exister pour former une couche dense à la base du noyau? t = 24 minutes t = 48 minutes t = 72 minutes t = 96 minutes,5,5,5,5 Pour tester cette hypothèse, nous avons construit un dispositif expérimental qui reproduit cette situation. Il s agit d une boîte de 2 cm de côté en matériau transparent, que nous avons remplie d eau salée (chlorure de sodium, NaCl) à 4 %. La partie basse de cette boîte est aménagée de façon à pouvoir injecter deux fluides différents chacun sur une moitié de la surface du fond, à travers un milieu poreux, une simple éponge en l occurrence. L un de ces fluides est de l eau salée à 6 % (donc plus dense que le fluide initialement dans la boîte), l autre de l eau salée à,65 % (moins dense). Ces deux fluides sont injectés avec le même débit, de sorte qu en moyenne, les fluides injectés font baisser la concentration saline initiale : nous sommes bien dans la même situation que la graine, dont la croissance produit en moyenne un fluide plus léger que le noyau liquide. Le résultat de l expérience est visible sur la figure 3, pour différents instants après le début de l injection des deux fluides. La première ligne est une vue de l expérience en ombroscopie (l expérience est éclairée par un faisceau parallèle et l ombre projetée sur une feuille de papier est photographiée). Le fluide dense injecté a été préalablement teinté en rouge. On voit se former et grandir une couche de fluide coloré. La troisième ligne de la figure 3 montre une mesure quantitative de la composante verticale du gradient de concentration : on voit que la couche colorée est une couche stratifiée en concentration et que cette couche croît linéairement avec le temps. La deuxième ligne de la figure 3 montre la composante horizontale du gradient de concentration : elle met en évidence les panaches légers qui montent du côté droit, où le fluide peu salé est injecté. Ces panaches sont assez vigoureux pour traverser la couche stratifiée et pour produire un mouvement de convection globale dans tout le liquide. On peut extrapoler qu il en va de même pour les panaches dans le noyau liquide émanant de la graine en cristallisation. Cette couche stratifiée, dense, qui se développe, n existe que si on injecte suffisamment de fluide dense. Dans les diverses expériences que nous avons faites, l existence de cette couche dense tient au rapport des flux de flottabilité du fluide léger (positif) et du fluide dense (négatif). Le flux de flottabilité est le produit de la gravité, du débit du fluide et de la différence de densité entre le fluide injecté et le fluide ambiant. Le flux de flottabilité du,5,5 Figure 3 Formation d une couche dense lors d une expérience d injection simultanée de fluide dense et léger par le fond d une cavité. Cette couche est visualisée par un colorant ajouté au fluide dense (ligne supérieure) et par une méthode optique qui quantifie les gradients de concentration horizontaux (ligne médiane) et verticaux (ligne inférieure). Le temps écoulé depuis le début de l expérience croît de gauche à droite. fluide dense doit être d au moins 8 % du flux de fluide léger pour que la couche stratifiée se développe. Sinon, les panaches légers entraînent immédiatement le fluide dense et le mélangent à l ensemble du fluide. Ainsi, nous mettons en évidence un mécanisme susceptible d expliquer pourquoi une couche dense, appauvrie en éléments légers se trouve autour de la graine. Le problème a été déplacé vers la recherche d un mécanisme susceptible de produire presque autant de fusion que de cristallisation à la surface de la graine. Un modèle de convection/translation Pour fondre une partie de la surface de la graine, il faut l amener à une altitude plus élevée d une distance δ que sa position d équilibre, là où la courbe de gradient adiabatique est au-dessus de la courbe de fusion de Clapeyron (voir figure 2), d une valeur δt. La différence des pentes entre gradient adiabatique et courbe de Clapeyron fournit une relation entre δt et δ : δt = ρ g ( m m ) δ, (2) l c P ad où ρ l est la masse volumique du noyau liquide, g c est la gravité à la surface de la graine (environ 4,4 m/s 2 ), m P et m ad les pentes de Clapeyron (l indice P rappelle l effet de la pression sur la température de fusion) et de gradient adiabatique (en K/Pa). On peut ensuite estimer le taux de fusion en identifiant la chaleur latente nécessaire à la,5,5 23

4 Géophysique fusion avec la chaleur que le noyau liquide peut apporter à la surface de la graine qui affiche un déficit de température de δt : Encadré 2 La température superadiabatique LV = cu p δ T, (3) où L est la chaleur latente du changement de phase en J/kg, V est le taux de fusion, en m/s et c p la capacité calorifique du noyau liquide en J/K/kg. Le coefficient de transfert de chaleur en provenance du noyau liquide turbulent a été estimé comme le produit de la capacité calorifique du noyau liquide c p et d une vitesse typique u du mouvement au sein du noyau liquide. On dispose d une estimation de cette vitesse grâce aux variations temporelles du champ magnétique terrestre (sur l échelle de quelques années) qui permettent de remonter à une information quantitative sur la vitesse convective dans le noyau liquide ; u est de l ordre de quelques km/an, ou m/s. Les forces qui peuvent engendrer ce déplacement de la graine sont a priori de nature gravitationnelle ou magnétique. Cependant, puisqu on souhaite un fort taux de fusion, les équations (2) et (3) imposent une valeur élevée de δ et il semble que les forces magnétiques ne puissent pas produire un déplacement δ suffisant. Reste la gravitation. Comment parvenir à un déplacement maximum? Nous avons supposé qu il existait un déséquilibre de masse à l échelle de toute la graine. Si la graine est plus chaude d un côté que de l autre, sa densité est plus faible du même côté et cela conduit à un déplacement global de la graine par rapport à sa position qui serait centrale pour une graine symétrique. Si on suppose un gradient de température uniforme à travers la graine, la partie plus dense (froide) de la graine aura une tendance plus forte à aller vers le centre de la Terre que la partie moins dense (chaude), il en résulte un déplacement δ. Un calcul exact des forces gravitationnelles en présence (voir encadré 3) permet de déterminer δ en fonction du gradient de température superadiabatique (voir encadré 2 pour sa définition) Θ/ x, dans une direction x : Θ α ρs δ = x c 2 5( ρ ρ ), (7) où α est le coefficient d expansion volumique thermique de la graine, ρ s la masse volumique de la graine, ρ l celle du noyau liquide et c est le rayon actuel de la graine. D après nos équations (2) et (3), la partie plus chaude va fondre, tandis que la partie froide va cristalliser rapidement. Il s ensuit un mouvement de translation macroscopique global de la matière du froid vers le chaud, à la même vitesse V imposée par la cristallisation (et la fusion). Il reste à vérifier que ce mouvement peut maintenir le gradient de température initialement supposé. Au moment de la cristallisation, la température de la graine est donnée par la courbe de Clapeyron, mais qu advient-il de la température lorsqu on suit la matière? Tout d abord, elle évolue parce que la pression évolue en fonction de la profondeur (c est le gradient adiabatique), mais comme s l Les déviations de température par rapport au gradient adiabatique sont les causes de la convection thermique. Il s agit de les déterminer avec soin. La température superadiabatique Θ ou température potentielle est la différence entre la température thermodynamique T et la température adiabatique T ad (voir encadré ) : T = T ad +Θ. L équation de convection/diffusion de la température avec effet de compressibilité s écrit : T ρsc p + v T = αtv P+ k 2 T, (4) t où k est la conductivité thermique de la graine, α et c p son coefficient d expansion volumique et sa capacité calorifique à pression constante, P le champ de pression et v le champ de vitesse de convection dans la graine. Pour la partie associée au gradient adiabatique les deux termes ρ s c p v T ad et αtv P s éliminent mutuellement, conformément à l équation (). L équation (4) s écrit donc de la façon suivante en termes de température superadiabatique : Θ + v Θ = κ 2Θ t + κ 2 Tad T ad, (5) où κ= k/( ρ s c p ) est la diffusivité thermique et T ad = Tad / t le taux de refroidissement séculaire. Si l on connaissait parfaitement la conductivité thermique de la graine et le taux de refroidissement du noyau, on connaîtrait alors parfaitement le paramètre S= κ 2 Tad T ad. Le cas super-adiabatique correspond à S >. C est ce dernier cas qui permet d obtenir un gradient de température (superadiabatique) cohérent avec notre hypothèse initiale. En régime quasi-stationnaire, et pour une convection vigoureuse qui a la forme d une translation V selon la direction x (axe Ouest-Est), l équation (5) s écrit : V d Θ = S. (6) dx Quand S >, la vitesse de fusion/cristallisation produit un gradient thermique dans le même sens que ce qui est requis pour produire la fusion et la cristallisation asymétriques. cette dépendance est à symétrie sphérique, elle se simplifie dans nos calculs (voir encadré 2 sur la température superadiabatique). Le refroidissement séculaire de la Terre impose une température de plus en plus basse dans le noyau liquide. La question est de savoir comment la graine s adapte à ce refroidissement. Soit la conduction thermique dans la graine est forte (il suffit de regarder la courbe de gradient adiabatique pour voir que la graine perd de la chaleur par conduction) et la graine va refroidir plus rapidement que le noyau, soit la conduction thermique est faible et la graine refroidit moins vite, auquel cas, une parcelle de matière de la graine que l on suit dans son mouvement devient de plus en plus chaude par rapport au noyau liquide : l équation (6) de l encadré 2 permet d évaluer le gradient thermique en fonction de la vitesse 24

5 Voyage au centre de la Terre la dérive immobile de la graine Encadré 3 Autogravitation et équilibre de la graine La graine est mécaniquement libre au centre du noyau et prend une position centrale par symétrie sphérique, position stable du fait de sa masse volumique plus élevée que celle du noyau liquide. Lorsque la graine porte une distribution asymétrique de masse volumique, son centre géométrique n est pas au centre géométrique de la Terre, ni son centre de masse. Sa position est fixée par l équilibre des forces de gravité et de pression qui s exercent sur elle. En outre, le champ de gravité dépend de la position de la graine le système est auto-gravitant mais cette contribution est assez marginale, à la mesure de la faible différence relative de densité entre la graine et le noyau liquide. Lorsque la densité de la graine comporte un gradient αρ s Θ/ x selon l axe ouest-est (où Θ est la température superadiabatique définie dans l encadré 2), les forces de gravité s exerçant sur la graine sont asymétriques et poussent la graine vers l Est (figure 4), c est-à-dire les valeurs positives de x. Pour retrouver l équilibre, la graine se déplace de sorte que la pression exercée par le fluide n est plus constante autour de la graine, puisque la profondeur n est pas constante. La nouvelle position d équilibre de la graine est obtenue lorsque les forces de gravité sont exactement compensées par l intégrale des forces de pression sur la frontière de la graine. C est le résultat de ce calcul qui conduit à l expression de δ en fonction du gradient de température Θ/ x dans la graine (équation (7)). Il est à noter que dans cette position d équilibre, la résultante des forces de gravité s exerçant sur la graine est dirigée vers l Ouest, équilibrant ainsi les forces de pression s exerçant sur sa surface. de translation, ce qui termine le calcul de ce mode de convection thermique. Les équations algébriques (2), (3), (7), et (6), impliquant les inconnues δ, δt, Θ/ x et V, peuvent être résolues. En particulier, la vitesse de translation V s exprime de la façon suivante : V = ρρ l s 5 ρ ρ s l αsm ( P mad) cpug cc L où S= κ 2 Tad T ad, introduit dans l encadré 2, détermine la stabilité thermique de la graine résultant de la compétition entre le refroidissement séculaire et l évacuation de cette chaleur par conduction thermique le long du profil adiabatique. Rappelons que nous avons identifié cette vitesse de translation V avec les taux de cristallisation et fusion de chaque hémisphère respectivement, ce qui est vérifié tant que cette vitesse est significativement plus grande que le taux de croissance du rayon de la graine. Les différents phénomènes physiques discutés jusqu à présent sont schématisés sur la figure 4. Rigidité de la graine L hypothèse d une graine rigide est clairement une approximation. Aux échelles de temps géologiques, la graine peut se déformer en réponse à des contraintes internes. La loi rhéologique est mal connue, certainement distincte de celle d un fluide newtonien. Cependant, en regard de l incertitude actuelle, on fait tout de même l hypothèse qu elle peut se ramener à une viscosité équivalente, que l on appelle simplement la «viscosité de la graine» par la suite. La viscosité de la graine est très mal connue les valeurs publiées varient sur près de dix ordres de grandeur, entre Pa.s et 2 Pa.s mais finie. Ceci implique que les variations horizontales de température, et donc de densité induites par la 2, (8) Ouest panaches légers cristallisation translation V C δ O F G translation, produisent un écoulement convectif, dont l amplitude dépend de la viscosité. Cet écoulement est négligeable si la viscosité est suffisamment grande (on rejoint la limite d une graine rigide), mais peut prendre le pas sur la translation si la viscosité η est faible. L écoulement dans la graine est gouverné par l équation de Stokes, = p + αρ Θg+ η 2 v, (9) où p est la composante non-hydrostatique de la pression ; cette équation implique que l amplitude υ c de la vitesse s couche dense stratifiée F P fusion Est x r=c Figure 4 Un modèle dynamique cohérent est obtenu avec une translation V (flèches vertes) qui produit un gradient de température (superadiabatique) dans les cas où le paramètre S est positif (graine thermiquement instable). Les températures plus élevées, représentées en rouge plus foncé, correspondent à une masse volumique plus faible. Le déséquilibre des masses en autogravitation produit un déplacement de la graine (position initiale en pointillés centrée en C, position finale centrée en O) d une distance δ, tel que la somme des forces gravitationnelles F G est opposée à l intégrale des forces de pression F P. La topographie qui en résulte, positive à l Est, négative à l Ouest, conduit à une fusion à l Est et une cristallisation à l Ouest. Ce modèle dynamique fonctionne en régime stationnaire quand le taux de fusion/cristallisation est égal à la vitesse de translation. 25

6 Géophysique convective champ de vitesse de déformation qui se superpose à la translation est de l ordre de υ c αρ s δθgc 2 / η où δθ est l ordre de grandeur des variations de température potentielle dans la graine (de rayon c). De l équation (6), il vient que les variations latérales de température sont δθ Sc / V, ce qui permet de prédire que υ c αρ s gsc 3. () ηv V étant indépendant de η, l amplitude des déformations convectives prédite par () est inversement proportionnelle à la viscosité, et il semble clair que le mode de translation ne peut être dominant que si la viscosité est suffisamment forte. En utilisant l expression de la vitesse de translation (8) et l équation (), on peut juger de l importance de la déformation de la graine par rapport à sa vitesse de translation d ensemble. Lorsque les vitesses de déformation () sont comparables à la vitesse de translation (8), on atteint la limite de validité de notre modèle de graine rigide. Cette limite correspond à une viscosité effective de l ordre de 8 Pa.s pour la graine. Si la viscosité est nettement inférieure, la déformation de la graine devient dominante, et le taux de fusion est fortement réduit à sa surface. Afin d explorer les conséquences de la déformation interne sur le mode de translation et sur la production de liquide dense par fusion, nous avons développé un modèle numérique de convection dans la graine prenant en compte le changement de phase à la frontière grainenoyau externe. Le mode de translation est bien retrouvé lorsque la viscosité est grande (figure 5, en haut), et la vitesse de translation obtenue est en accord quantitatif avec notre modèle analytique. Lorsque la viscosité est faible (figure 5, en bas), le régime convectif est typique de la convection à haut nombre de Rayleigh et petit nombre de Reynolds dans un volume avec chauffage interne, et s organise sous la forme de panaches froids se détachant d une couche limite thermique sous la surface de la graine. La graine cristallise préférentiellement à l aplomb des panaches (topographie dynamique négative) et fond au niveau des zones ascendantes (topographie dynamique positive). Le taux de fusion diminue avec la viscosité, mais reste conséquent, et peut être suffisant pour expliquer la formation d une couche anormale à la base du noyau externe si la viscosité est supérieure à 7 Pa.s Figure 5 Température superadiabatique (colonne de gauche) et taux de changement de phase à la surface de la graine (colonne de droite ; positif = cristallisation, négatif = fusion) dans le cas du régime de translation (haut) et dans le régime de convection chaotique (bas). Le taux de changement de phase est normalisé par le taux moyen de cristallisation de la graine, c est-à-dire le taux de croissance de son rayon. immobile. Nous avons vu les conditions pour qu un tel scénario existe, notamment une assez forte viscosité effective et un fort flux de chaleur à la frontière noyau/ manteau. Mais on peut également s intéresser aux conséquences de ce même scénario sur la dynamique du noyau liquide et donc du champ géomagnétique qu il engendre par effet dynamo. La cristallisation libère des éléments légers qui sont une source de convection tandis que la fusion produit un fluide dense qui tend à la supprimer. L expression «un pied sur l accélérateur (à l Ouest) et un pied sur le frein (à l Est)» résume l effet de la graine sur la convection du noyau liquide. La question se pose de savoir si la dynamique qui en résulte est compatible avec le champ magnétique observé. Un travail de modélisation numérique est nécessaire pour y répondre. En outre, ce modèle n apporte pas une réponse à chaque question. En particulier il ne donne pas d indication sur la façon dont la graine acquiert son anisotropie Nord-Sud. Il reste à imaginer une composante de déformation de la graine qui vienne s ajouter à la translation et qui soit capable de texturer la matière et d orienter préférentiellement les cristaux de fer. S il se trouve que les directions cristallographiques correspondant aux vitesses sismiques les plus élevées sont préférentiellement Nord- Sud, alors l anisotropie sera expliquée. Discussion et perspectives Une cristallisation du côté Ouest et une fusion du côté Est permettent l existence d une couche dense et ce modèle constitue une bonne base de réflexion pour expliquer l asymétrie hémisphérique. Dans ce scénario, la graine dérive constamment vers l Est, tout en restant Comment progresser encore dans la compréhension de la dynamique de la graine? Les modèles thermiques globaux de la Terre s améliorent grâce à de meilleures observations sismologiques du manteau, ce qui va permettre de réduire l incertitude sur le flux de chaleur à la frontière noyau/manteau. Les études de la différenciation de la Terre primitive, ainsi que la géochimie, devraient conduire à une meilleure connaissance des éléments 26

7 Voyage au centre de la Terre la dérive immobile de la graine légers dans le noyau : quels éléments dans quelles proportions? Il faut aussi considérer le développement rapide de la minéralogie sous hautes pressions et hautes températures, qui vient juste d atteindre les valeurs de pression et température qui règnent dans la graine, et qui va sans doute améliorer la connaissance des paramètres thermophysiques, au premier rang desquels se trouve la conductivité thermique. Les mesures sismologiques de la graine continuent donc de s affiner. Enfin, de façon détournée, on s est aperçu que les détecteurs de neutrinos permettent aussi de compter les géoneutrinos, c est-à-dire ceux qui sont produits par désintégration radioactive naturelle à l intérieur de la Terre. Les géoneutrinos et leur taux de production permettront de préciser la quantité de chaleur radioactive, ce qui conduira à une meilleure détermination du refroidissement séculaire. Le centre de la Terre, éloigné de quelques milliers de kilomètres seulement, est inaccessible directement à l homme. On en connaît de mieux en mieux la composition, la structure et la dynamique. C est le fonctionnement global de la Terre et son histoire que l on révèle ainsi peu à peu. POUR EN SAVOIR PLUS S. Tanaka, H. Hamaguchi, «Degree one heterogeneity and hemispherical variation of anisotropy in the inner core from PKP(BC)-PKP(DF) times», Journal of Geophysical Research - Solid Earth, 2, (997). M.I. Bergman, «Measurements of electric anisotropy due to solidification texturing and the implications for the Earth s inner core», Nature, 389, 6-63 (997). T. Alboussière, R. Deguen, M. Melzani, «Melting-induced stratification above the Earth s inner core due to convective translation», Nature, 466, (2). 27