PARTIE 2 | La Terre interne actuelle
Lorsqu’on s’enfonce dans une mine, la température augmente de plus de 20 K par
kilomètre. Des roches fondues, les magmas sortent des volcans à plus de 1 500 K.
Les métaux fondus du noyau externe nécessitent des températures supérieures
à 4 000 K d’après les expériences sur les matériaux en laboratoire. Le centre de
la Terre est plus chaud que sa surface, il y a donc un transfert de chaleur vers
l’espace. Une grande question pour les géophysiciens est d’identifier les sources
de chaleur dans la planète. Tout comme pour l’atmosphère, il doit être possible
d’établir un bilan thermique. Le refroidissement (gr) de la Terre correspondrait
à la différence entre les sources de chaleur interne (2,) et la chaleur perdue en
surface (2S) :
ôr=es-2i.
Mesurer la quantité de chaleur perdue à chaque instant (flux de chaleur) par la
Terre est très complexe. Il faut s’affranchir des effets du Soleil qui chauffe la surface
et transmet beaucoup de chaleur à la Terre. Les scientifiques ont une méthode :
ils réalisent un forage profond, puis attendent que la température se régule car le
forage perturbe l’état thermique des roches. Ensuite, ils mesurent en profondeur
la distribution de la température et les propriétés des roches. Cela leur permet,
avec un peu de calculs physiques, de proposer un flux de chaleur à l’endroit où
la mesure est faite. Chaque observation est longue à réaliser et lourde en termes
d’infrastructure. Il n’existe donc pas de couverture globale. Environ 60 000 mesures
sont disponibles. Pour comparaison, les bases de données d’analyses de géochimie
sur des roches dépassent les 50 millions d’entrées. Les mesures de flux de chaleur
réalisées jusqu’à présent dans les océans et les continents suggèrent que la Terre
perd environ 40-1012 W ou 40 TW (téra-watts). Par comparaison, elle reçoit du
Soleil de l’ordre de 1017 W. Il est plus facile de se réchauffer sur une plage face au
ciel qu’allongé contre le sol dans une cave. Pour prendre une autre comparaison,
la puissance perdue par la Terre permettrait d’alimenter environ cinq ampoules de
100 W par habitant, ce qui, compte tenu des habitudes occidentales représente une
dépense énergétique très faible.
Une partie de cette puissance est produite à l’intérieur de la Terre. C’est la chaleur
dégagée par les désintégrations radioactives. La plus grande production de chaleur aujourd’hui correspond à celle de la désintégration de 40K, 235U et 238U. En
analysant les roches de la croûte continentale, on estime qu’environ 7 TW y sont
produits. La géochimie des roches magmatiques, et l’estimation de la composition
chimique de la Terre à partir des météorites semblent pointer vers environ 10 à
15 TW de production de chaleur radioactive dans le manteau. En ce qui concerne
le noyau terrestre, cela reste un mystère. Mais il est peu probable que plus de
quelques TW soient produits par des espèces radioactives dans cette enveloppe.
La production de chaleur radioactive totale dans la Terre interne ne dépasserait
donc pas 25 TW. Une autre source de chaleur produite est la chaleur latente de
changement d’état, lorsqu'un liquide se transforme en solide par exemple. Quand
le noyau externe cristallise en faisant croître la graine, une quantité de chaleur
est produite. On estime que la puissance produite (transformation exothermique)
est de 5-10 TW.
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Lorsqu’on s’enfonce dans une mine, la température augmente de plus de 20 K par
kilomètre. Des roches fondues, les magmas sortent des volcans à plus de 1 500 K.
Les métaux fondus du noyau externe nécessitent des températures supérieures
à 4 000 K d’après les expériences sur les matériaux en laboratoire. Le centre de
la Terre est plus chaud que sa surface, il y a donc un transfert de chaleur vers
l’espace. Une grande question pour les géophysiciens est d’identifier les sources
de chaleur dans la planète. Tout comme pour l’atmosphère, il doit être possible
d’établir un bilan thermique. Le refroidissement (gr) de la Terre correspondrait
à la différence entre les sources de chaleur interne (2,) et la chaleur perdue en
surface (2S) :
ôr=es-2i.
Mesurer la quantité de chaleur perdue à chaque instant (flux de chaleur) par la
Terre est très complexe. Il faut s’affranchir des effets du Soleil qui chauffe la surface
et transmet beaucoup de chaleur à la Terre. Les scientifiques ont une méthode :
ils réalisent un forage profond, puis attendent que la température se régule car le
forage perturbe l’état thermique des roches. Ensuite, ils mesurent en profondeur
la distribution de la température et les propriétés des roches. Cela leur permet,
avec un peu de calculs physiques, de proposer un flux de chaleur à l’endroit où
la mesure est faite. Chaque observation est longue à réaliser et lourde en termes
d’infrastructure. Il n’existe donc pas de couverture globale. Environ 60 000 mesures
sont disponibles. Pour comparaison, les bases de données d’analyses de géochimie
sur des roches dépassent les 50 millions d’entrées. Les mesures de flux de chaleur
réalisées jusqu’à présent dans les océans et les continents suggèrent que la Terre
perd environ 40-1012 W ou 40 TW (téra-watts). Par comparaison, elle reçoit du
Soleil de l’ordre de 1017 W. Il est plus facile de se réchauffer sur une plage face au
ciel qu’allongé contre le sol dans une cave. Pour prendre une autre comparaison,
la puissance perdue par la Terre permettrait d’alimenter environ cinq ampoules de
100 W par habitant, ce qui, compte tenu des habitudes occidentales représente une
dépense énergétique très faible.
Une partie de cette puissance est produite à l’intérieur de la Terre. C’est la chaleur
dégagée par les désintégrations radioactives. La plus grande production de chaleur aujourd’hui correspond à celle de la désintégration de 40K, 235U et 238U. En
analysant les roches de la croûte continentale, on estime qu’environ 7 TW y sont
produits. La géochimie des roches magmatiques, et l’estimation de la composition
chimique de la Terre à partir des météorites semblent pointer vers environ 10 à
15 TW de production de chaleur radioactive dans le manteau. En ce qui concerne
le noyau terrestre, cela reste un mystère. Mais il est peu probable que plus de
quelques TW soient produits par des espèces radioactives dans cette enveloppe.
La production de chaleur radioactive totale dans la Terre interne ne dépasserait
donc pas 25 TW. Une autre source de chaleur produite est la chaleur latente de
changement d’état, lorsqu'un liquide se transforme en solide par exemple. Quand
le noyau externe cristallise en faisant croître la graine, une quantité de chaleur
est produite. On estime que la puissance produite (transformation exothermique)
est de 5-10 TW.
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