Le noyau interne de la Terre ne tourne pas à la même vitesse que le manteau et la croûte terrestres

Depuis 1996, les sismologues ont remarqué que des changements se produisent dans le noyau interne de la Terre, perceptibles sur des périodes de temps d’une dizaine de jours. Leur interprétation demeurait cependant controversée. Des transformations, comme des croissances de montagnes, se produisent-ils à la surface du noyau interne ? Ou bien ne tourne-t-il pas à la même vitesse que le manteau et la croûte terrestre et ces changements s’expliquent-ils par la présence d’hétérogénéités dans le noyau interne ? D’après deux scientifiques chinois, la deuxième réponse est la bonne. Ils ont évalué la différence de vitesse de rotation entre le noyau interne et le manteau à 0,05-0,1° par an. Ceux-ci peuvent bouger l’un par rapport à l’autre parce qu’ils sont séparés par le noyau externe, qui est liquide.

Des données sismiques exhaustives provenant de tremblements de terre répétés et de nouvelles méthodes de traitement des données ont fourni les meilleures preuves à ce jour que le noyau interne de la Terre est en rotation – révélant une meilleure compréhension des processus très débattus qui contrôlent le champ magnétique de la planète.

La nouvelle étude des chercheurs de l’université de l’Illinois à Urbana-Champaign est publiée dans la revue Earth and Planetary Science Letters.

Les géologues ne comprennent pas entièrement le fonctionnement du générateur de champ magnétique de la Terre, mais soupçonnent qu’il est étroitement lié à des processus dynamiques à proximité de la zone limite entre le noyau interne et le noyau externe, ont déclaré les chercheurs. Les changements de localisation des pôles magnétiques, les modifications de l’intensité du champ et les données sismiques anormales ont incité les chercheurs à y regarder de plus près.

« En 1996, notre groupe a détecté pour la première fois un changement faible mais systématique des ondes sismiques traversant le noyau interne, que nous avons interprété comme une preuve de la rotation différentielle du noyau interne par rapport à la surface de la Terre, a déclaré Song Xiaodong, professeur de géologie et co-auteur de l’étude, qui est maintenant à l’université de Pékin. Cependant, certaines études pensent que ce que nous interprétons comme un mouvement résulte plutôt de la réflexion d’ondes sismiques sur la limite du noyau intérieur qui s’élargit et se rétrécit alternativement, comme les montagnes s’élevant et les canyons se découpant. »

Les chercheurs présentent des données sismiques provenant d’une série de lieux géographiques et de séismes répétitifs, appelés doublets, qui se produisent au même endroit au fil du temps. « Le fait de disposer de données provenant du même endroit mais à des moments différents nous permet de distinguer les signaux sismiques qui changent en raison d’une variation localisée du relief de ceux qui changent en raison du mouvement et de la rotation », a déclaré Yang Yi, étudiant diplômé et auteur principal de l’étude.

L’équipe a découvert qu’une partie des ondes sismiques générées par les tremblements de terre pénètrent à travers le corps de fer sous la limite du noyau interne et changent avec le temps, ce qui ne se produirait pas si le noyau interne était stationnaire, ont déclaré les chercheurs. « Il est important de noter que nous constatons que ces ondes réfractées changent avant que les ondes réfléchies ne rebondissent sur la limite du noyau interne, ce qui implique que les changements proviennent de l’intérieur du noyau interne », a déclaré M. Song.

La base du débat réside dans le fait que les études précédentes ont examiné un ensemble relativement restreint de données quelque peu ambiguës générées par une méthode qui dépend fortement de la précision de l’horloge utilisée, ont déclaré les chercheurs.

« Ce qui rend notre analyse différente est notre méthode précise pour déterminer exactement quand les changements dans les signaux sismiques se produisent et arrivent aux différentes stations sismiques à travers le globe, a déclaré M. Yang. Nous utilisons une onde sismique qui n’a pas atteint le noyau interne comme onde de référence dans nos calculs, ce qui élimine une grande partie de l’ambiguïté. »

Cette analyse précise du temps d’arrivée, une vaste collecte de données de la meilleure qualité et une analyse statistique minutieuse effectuée par Yang, sont ce qui donne à cette étude toute sa puissance, a déclaré M. Song. « Ce travail confirme que les changements temporels proviennent principalement, sinon tous, du corps du noyau interne, et l’idée que les changements de la surface du noyau interne sont la seule source des changements de signaux peut maintenant être écartée », a-t-il dit.

La Fondation nationale des sciences et la Fondation des sciences naturelles de Chine ont soutenu cette étude.

Voir La structure de la Terre

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Traduction d’un communiqué de presse de l’université de l’Illinois à Urbana-Champaign.

Yang Yi, Song Xiaodong, Origin of temporal changes of inner-core seismic waves, Earth and Planetary Science Letters 541, 1 July 2020.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012821X20302107