Un jet-stream de fer dans le noyau terrestre

Un jet-stream de fer dans le noyau terrestre
Les mesures précises du champ magnétique terrestre par les satellites Swarm ont permis de mettre en évidence qu'une partie du noyau liquide s'écoulait rapidement d'est en ouest. ESA

Des mesures du champ magnétique terrestre révèlent qu’il existe un courant qui se déplace très vite d’est en ouest dans le noyau de fer liquide de la Terre.

Le champ magnétique terrestre nous protège du bombardement nocif des rayons cosmiques. Mais ce bouclier est loin d’être immuable : sa forme évolue et son intensité varie. Pour mieux le comprendre, il faut plonger dans les profondeurs de la Terre. Les mouvements de convection et la turbulence dans le noyau de fer liquide de notre planète engendrent, par effet dynamo, un champ magnétique global enveloppant la Terre. Mais, à près de 3000 kilomètres sous la surface, le noyau reste très mal connu. On peut voir le problème dans l’autre sens : en étudiant la structure et les variations du champ magnétique, il est possible d’en savoir plus sur la dynamique du noyau. Grâce à des mesures satellitaires, Philip Livermore, de l’université de Leeds, au Royaume-Uni, et deux collègues ont ainsi confirmé l’existence d’un courant de fer liquide se déplaçant rapidement d’est en ouest dans le noyau.

Les trois satellites du programme Swarm de l’Agence spatiale européenne observent le champ magnétique terrestre depuis 2013. Ils en mesurent les variations spatiales et temporelles. Les objectifs sont multiples : comprendre le processus de création du champ magnétique, déterminer l’influence du Soleil sur celui-ci, mais aussi analyser d’autres sources contribuant de façon secondaire au champ magnétique, tels la lithosphère ou les courants océaniques.

Certaines observations connues de longue date montrent que le champ magnétique se déplace globalement vers l’ouest, ce qui suggère que le noyau liquide est animé d’un mouvement de rotation vers l’ouest par rapport au manteau et la croûte. Mais les relevés des satellites Swarm ont mis en évidence que deux zones où l’intensité du champ magnétique est plus intense, situés à haute latitude, l’une à l’aplomb de la Russie, l’autre du Canada, se déplacent plus vite que le mouvement d’ensemble du champ magnétique.

Philip Livermore et ses collègues ont développé un modèle pour expliquer ces observations : un courant de fer liquide large de 420 kilomètres localisé à haute latitude dans le noyau liquide circulerait vers l’ouest, du continent nord-américain vers l’Asie. Ce courant se déplacerait à une vitesse d’environ 40 kilomètres par an, soit près de trois fois la vitesse moyenne des mouvements dans le noyau liquide.

Ces résultats confirment avec des données plus précises des résultats antérieurs obtenus par Alexandra Pais, de l’université de Coimbra, au Portugal, et Dominique Jault, du laboratoire ISTerre, à Grenoble, en 2008, à partir de données des satellites Oersted et Champ. D’après Philip Livermore, cette circulation de fer liquide serait en train de s’intensifier, ce qui est en accord avec un autre modèle développé par Nicolas Gillet, du laboratoire ISTerre, et ses collègues. D’un point de vue quantitatif cependant, l’amplitude du phénomène est plus grande dans le modèle de Philip Livermore car celui-ci, plus simple, ne prend pas en compte la contribution de tourbillons secondaires aux fluctuations magnétiques. D’après les spécialistes, il est fort probable que ce type d’accélération de la dérive vers l’ouest du champ magnétique soit récurrent dans la mesure où la dynamique du noyau est chaotique, à l’image des phénomènes récurrents comme El Niño dans les océans et l’atmosphère, pourtant chaotiques.

Comment se forme ce « jet stream » de fer ? Les chercheurs avancent plusieurs hypothèses. Les mouvements de convection dans le noyau pourraient en être un moteur. Une autre piste est celle de variations du champ magnétique au sein du noyau, qui exercent des forces sur le fluide ferreux et le canalisent dans ce courant. Par ailleurs, ce courant de fer liquide pourrait avoir une influence sur le noyau interne solide, en exerçant des frottements mécaniques sur ce dernier ou par un couple magnétique entre les deux. Ces processus complexes et difficiles à étudier sont encore loin d’être complètement élucidés.

 

Sean Bailly

Source: pourlascience.fr

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