Une équipe de chercheurs a mis au point un système permettant de mesurer la conductivité thermique de la bridgmanite en laboratoire, dans les conditions de pression et de température qui règnent à l’intérieur de la Terre.
L’étude a été publiée dans le ‘Earth and Planetary Science Letters Journal’.
L’évolution de notre Terre est l’histoire de son refroidissement : Il y a 4,5 milliards d’années, des températures extrêmes régnaient à la surface de la jeune Terre, et celle-ci était recouverte d’un profond océan de magma. Pendant des millions d’années, la surface de la planète s’est refroidie pour former une croûte fragile. Cependant, l’énorme énergie thermique émanant de l’intérieur de la Terre a mis en mouvement des processus dynamiques tels que la convection du manteau, la tectonique des plaques et le volcanisme.
La question de savoir à quelle vitesse la Terre s’est refroidie et combien de temps il faudra pour que le refroidissement en cours arrête les processus thermiques susmentionnés reste cependant sans réponse.
Une réponse possible se trouve dans la conductivité thermique des minéraux qui forment la frontière entre le noyau et le manteau de la Terre.
Cette couche limite est importante car c’est là que la roche visqueuse du manteau terrestre est en contact direct avec le fer et le nickel en fusion du noyau externe de la planète. Le gradient de température entre les deux couches est très élevé, ce qui signifie qu’il y a potentiellement beaucoup de chaleur qui circule ici. La couche limite est principalement formée de bridgmanite, un minéral. Cependant, les chercheurs ont du mal à estimer la quantité de chaleur que ce minéral conduit du noyau terrestre au manteau car la vérification expérimentale est très difficile.
Maintenant, le professeur de l’ETH Motohiko Murakami et ses collègues de la Carnegie Institution for Science ont développé un système de mesure sophistiqué qui leur permet de mesurer la conductivité thermique de la bridgmanite en laboratoire, dans les conditions de pression et de température qui prévalent à l’intérieur de la Terre.
Pour les mesures, ils ont utilisé un système de mesure d’absorption optique récemment développé dans une unité de diamant chauffée par un laser pulsé.
“Ce système de mesure nous a permis de montrer que la conductivité thermique de la bridgmanite est environ 1,5 fois supérieure à ce que l’on pensait”, a déclaré le professeur de l’ETH Motohiko Murakami.
Cela suggère que le flux de chaleur du noyau vers le manteau est également plus élevé que ce que l’on pensait auparavant. Un flux de chaleur plus important augmente à son tour la convection du manteau et accélère le refroidissement de la Terre. Cela pourrait entraîner un ralentissement de la tectonique des plaques, qui est maintenue par les mouvements convectifs du manteau, plus rapidement que ce que les chercheurs prévoyaient sur la base des valeurs précédentes de conduction thermique.
Murakami et ses collègues ont également montré que le refroidissement rapide du manteau modifie les phases minérales stables à la limite noyau-manteau. En se refroidissant, la bridgmanite se transforme en post-perovskite minérale.
Mais dès que la post-perovskite apparaît à la limite noyau-manteau et commence à dominer, le refroidissement du manteau pourrait en effet s’accélérer encore plus, ont estimé les chercheurs, car ce minéral conduit la chaleur encore plus efficacement que la bridgmanite.
“Nos résultats pourraient nous donner une nouvelle perspective sur l’évolution de la dynamique de la Terre. Ils suggèrent que la Terre, comme les autres planètes rocheuses Mercure et Mars, se refroidit et devient inactive beaucoup plus rapidement que prévu”, a expliqué Murakami.
Cependant, il n’a pas pu dire combien de temps il faudra, par exemple, pour que les courants de convection dans le manteau s’arrêtent.
“Nous n’en savons toujours pas assez sur ce type d’événements pour déterminer leur calendrier”, a-t-il ajouté.
Pour ce faire, il faut d’abord mieux comprendre le fonctionnement de la convection du manteau en termes spatiaux et temporels. De plus, les scientifiques doivent préciser comment la désintégration des éléments radioactifs à l’intérieur de la Terre – l’une des principales sources de chaleur – affecte la dynamique du manteau.
