Selon des estimations récentes, le noyau interne solide de la Terre a commencé à se former il y a entre un demi-milliard et un milliard d’années. Cependant, nos nouvelles mesures des roches anciennes lorsqu’elles refroidissent à partir du magma ont indiqué qu’il pourrait en fait avoir commencé à se former plus d’un demi-milliard d’années plus tôt.

Bien que cela soit encore relativement tard dans l’histoire de la Terre, qui dure depuis quatre milliards et demi d’années, l’implication est que l’intérieur profond de la Terre pourrait ne pas avoir été aussi chaud dans le passé profond que certains l’ont soutenu. Cela signifie que le noyau transfère la chaleur à la surface plus lentement qu’on ne le pensait auparavant, et qu’il est moins susceptible de jouer un grand rôle dans le façonnement de la surface de la Terre par les mouvements tectoniques et les volcans.

Juste après que la Terre se soit formée à partir de collisions dans un énorme nuage de matière qui a également formé le Soleil, elle était en fusion. Cela était dû à la chaleur générée par le processus de formation et au fait qu’elle entrait constamment en collision avec d’autres corps. Mais après un certain temps, lorsque le bombardement a ralenti, la couche externe s’est refroidie pour former une croûte solide.

Le noyau interne de la Terre est, aujourd’hui, une boule de fer solide de la taille de Pluton au centre de notre planète, entourée d’un noyau externe de fer fondu allié à un élément plus léger, encore inconnu. Bien que la Terre soit la plus chaude en son centre (environ 6 000 °C), le fer liquide se fige en un solide en raison des pressions très élevées qui y règnent. Alors que la Terre continue de se refroidir, le noyau interne croît à un rythme d’environ 1 mm par an grâce à ce processus de congélation.

Connaître le moment où le centre de la Terre s’est suffisamment refroidi pour geler le fer pour la première fois nous donne un point de référence fondamental pour toute l’histoire thermique de la planète.

Le champ magnétique de la Terre est généré par le mouvement du fer fondu conducteur d’électricité dans le noyau externe. Ce mouvement est généré par les éléments légers libérés à la limite du noyau interne lors de sa croissance. Par conséquent, le moment où le fer a été gelé pour la première fois représente également un moment où le noyau externe a reçu une forte source d’énergie supplémentaire.

C’est la signature de cette impulsion du champ magnétique – la plus grande augmentation à long terme de toute son histoire – que nous pensons avoir observée dans les enregistrements magnétiques récupérés dans les roches ignées formées à cette époque. Les particules magnétiques de ces roches « verrouillent » les propriétés du champ magnétique terrestre au moment et à l’endroit où elles se refroidissent à partir du magma.

Le signal peut alors être récupéré en laboratoire en mesurant comment l’aimantation de la roche change au fur et à mesure qu’elle se réchauffe dans un champ magnétique contrôlé. La chasse à cette signature n’est pas une idée nouvelle, mais elle vient seulement de devenir viable – une combinaison de l’augmentation des quantités de données de mesure disponibles et de nouvelles approches pour les analyser.

La Terre a maintenu un champ magnétique pendant la majeure partie de son histoire grâce à un processus de « dynamo ». Le principe de ce processus est similaire à celui d’une radio à remontoir ou d’une ampoule électrique alimentée par un vélo, dans la mesure où l’énergie mécanique est convertie en énergie électromagnétique. Avant que le noyau interne ne commence à se solidifier, on pense que cette « géodynamo » a été alimentée par un autre processus de « convection thermique » entièrement différent et inefficace.

Une fois que le fer a commencé à geler hors du liquide à la base du noyau, le reste est devenu moins dense, fournissant une source supplémentaire de flottabilité et conduisant à une « convection compositionnelle » beaucoup plus efficace. Nos résultats suggèrent que ce gain d’efficacité s’est produit plus tôt dans l’histoire de la Terre qu’on ne le pensait auparavant, ce qui signifie que le champ magnétique aurait été maintenu plus longtemps avec moins d’énergie au total. Comme l’énergie est principalement thermique, cela implique que le noyau dans son ensemble est probablement plus froid qu’il ne l’aurait été si la partie interne s’était formée plus tard.

Chaleur et tectonique des plaques

Un noyau plus froid implique un flux de chaleur plus faible à travers la frontière noyau-manteau. Ce phénomène est important pour toutes les sciences de la Terre car il pourrait être l’un des moteurs pour faire bouger les plaques tectoniques et est également une source de volcanisme de panache à la surface de la Terre. Nous savons que ces processus sont le résultat de la convection du manteau produite, en définitive, par le flux de chaleur sortant de la planète à un rythme que nous pouvons mesurer assez précisément. Ce que nous ne savons toujours pas, c’est quelle part de cette chaleur perdue à la surface de la Terre provient du manteau et quelle part provient du noyau.

On pense que la chaleur du noyau produit des panaches qui remontent juste au-dessus de la limite noyau-manteau, ce qui pourrait aider à conduire le flux dans le manteau. La suggestion de nos résultats est que la contribution du noyau au flux de chaleur de surface est plus faible que ce qu’impliquent d’autres études et que la subduction dans l’océan, lorsqu’une plaque tectonique passe sous une autre jusque dans le manteau, sont beaucoup plus importantes pour conduire la convention du manteau que la chaleur qui monte du noyau.

Le débat sur l’âge du noyau interne et l’évolution thermique de la Terre qui en résulte n’est pas encore terminé. D’autres données paléomagnétiques sont nécessaires pour confirmer que la forte augmentation de l’intensité du champ magnétique que nous avons observée est réellement la plus importante de l’histoire de la planète. En outre, la modélisation doit vérifier si un autre événement aurait pu créer le renforcement magnétique à cette époque.

Néanmoins, en l’état actuel des choses, la théorie et l’observation se combinent pour indiquer que la Terre avait les deux tiers de son âge actuel avant qu’elle ne commence à développer un noyau interne – ce qui signifie que les scientifiques de la Terre devront peut-être réviser leur compréhension de l’histoire de la planète.