Introduction
En juin 2024, une équipe dirigée par Wei Wang et John Vidale, de l’USC, a publié un résultat qui a renversé trois décennies de postulats sismologiques. En comparant des sismogrammes de séismes qui s’étaient reproduits sur les mêmes secteurs des îles Sandwich du Sud entre 1991 et 2023, tous enregistrés par des antennes sismiques du nord du Canada et de l’Alaska, ils ont montré que le noyau interne de la Terre avait inversé sa dérive par rapport à la surface de la planète. Les formes d’onde des événements de 2023 se superposaient aux tracés d’avant 2008, comme si l’on avait rembobiné une bande magnétique.
La première réaction de Vidale a été reprise dans le communiqué de presse de l’USC : « Quand j’ai vu pour la première fois les sismogrammes qui laissaient entrevoir ce changement, j’étais perplexe », a-t-il confié au service de presse de l’USC Dornsife le 12 juin 2024, jour de la mise en ligne de l’article dans Nature. Ces formes d’onde concordantes signifiaient que le noyau interne solide de la Terre, une sphère de fer et de nickel dont le diamètre atteint environ 70 % de celui de la Lune, avait inversé sa rotation différentielle. Après des décennies passées à tourner un peu plus vite que la surface de la planète, il avait commencé à prendre du retard.
Ce résultat, publié sous la référence Wang, Vidale, Pang, Koper et Wang (2024) dans Nature, est l’une des mesures les plus nettes jamais réalisées sur une région qu’aucun instrument ne peut atteindre. Le noyau interne se trouve à 5 150 km sous la surface, à des pressions de 330–360 gigapascals et à des températures comparables à celles de la surface visible du Soleil. Le seul moyen de l’étudier est d’enregistrer les ondes sismiques qui le traversent, et ces enregistrements montrent que la partie la plus profonde de la Terre a inversé sa dérive par rapport au manteau.
Le noyau interne de la Terre : taille, composition et conditions
Au centre géométrique de la Terre, sous la croûte, le manteau et le noyau externe liquide, se trouve le noyau interne. Son rayon est d’environ 1 221 km, ce qui porte son diamètre à quelque 2 442 km. C’est environ 70 % du diamètre de la Lune (3 474 km), concentré au centre géométrique d’une planète de 12 742 km de diamètre. Il est enveloppé par le noyau externe liquide (épais d’environ 2 260 km), lui-même enveloppé par le manteau rocheux et, en surface, par une mince croûte.
La pression à la limite du noyau interne est d’environ 330 gigapascals et grimpe jusqu’à quelque 360 GPa au centre. C’est plus de trois millions de fois la pression de l’air au niveau de la mer. Alfè (2009) a estimé la température à la limite du noyau interne à environ 5 400 K, comparable à celle de la surface visible du Soleil. Les mesures en laboratoire varient : des travaux expérimentaux des années 2010 ont fait monter les estimations du point de fusion jusqu’à 6 230 ± 500 K. Le fer reste solide ici parce que la pression est énorme, même à des températures qui le vaporiseraient en surface.
Depuis les années 1980, le modèle classique veut que le fer cristallise dans la phase hexagonale compacte (fer ε), où les atomes s’empilent selon l’arrangement en couches le plus dense possible. Des expériences en cellule à enclumes de diamant menées par Rostislav Hrubiak, Yue Meng et Guoyin Shen, mises en ligne sous forme de prépublication en 2018, ont fourni des indices selon lesquels le fer pourrait plutôt adopter une phase cubique centrée aux températures les plus élevées du noyau interne. La question de la phase reste ouverte. L’état solide et l’anisotropie sismique ne sont pas contestés : les ondes P se propagent plus vite le long de l’axe de rotation qu’à travers l’équateur, et le fer continue de cristalliser sur le noyau interne à partir du noyau externe liquide qui le surmonte.
Cette boule solide est suspendue au sein du noyau externe liquide et maintenue en place par la gravité. Comme un liquide la découple du manteau, elle est libre, en principe, de tourner à une vitesse différente.
Inge Lehmann et la découverte de 1936
Inge Lehmann est née à Copenhague en 1888 et a reçu une formation de mathématicienne à l’université de Copenhague, puis brièvement au Newnham College, à Cambridge. En 1928, elle a été nommée à la tête du département de sismologie de l’Institut géodésique royal danois, poste qu’elle conserverait jusqu’en 1953. L’institut exploitait des stations sismographiques à Copenhague et au Groenland ; Lehmann les supervisait, interprétait les enregistrements et correspondait avec des sismologues de toute l’Europe et des États-Unis. Pendant la plus grande partie de ces années, elle a été la seule sismologue du Danemark.
L’énigme sur laquelle elle s’est concentrée venait du séisme de Murchison, de magnitude 7,8, survenu sur l’île du Sud de la Nouvelle-Zélande le 16 juin 1929 (UTC). Les ondes P, les ondes de compression les plus rapides libérées par un séisme, devraient arriver partout sur le globe dans une fenêtre de temps connue. Au-delà d’une certaine distance angulaire par rapport à l’épicentre, elles pénètrent dans une « zone d’ombre » où le noyau externe liquide les dévie. Pourtant, de faibles arrivées d’ondes P étaient détectées à l’intérieur de la zone d’ombre, là où aucune onde n’était censée parvenir. L’image admise d’un noyau unique et fondu ne pouvait pas les expliquer.
L’idée de Lehmann a consisté à ajouter une autre couche à l’intérieur du noyau externe : une sphère solide plus petite, tout au centre, assez dense pour réfracter les ondes P vers l’extérieur et les infléchir jusque dans la zone d’ombre. Elle a publié sa proposition en 1936 dans Publications du Bureau Central Séismologique International, Série A, Travaux Scientifiques 14, pages 87–115. L’article portait l’un des titres les plus courts de tous les articles marquants de la sismologie : « P′ ». Le symbole prime désignait les ondes P qui passaient du manteau au noyau.
En quelques années, Harold Jeffreys, Beno Gutenberg et Charles Richter ont confirmé son interprétation. Gutenberg et Richter ont calculé un rayon du noyau interne voisin de 1 200 km, très proche de la valeur actuelle. Le statut de Lehmann dans son propre pays est resté modeste pendant des décennies. Elle a reçu un doctorat honoris causa de l’université Columbia en 1964, a été élue membre de la Royal Society en 1969, a obtenu la médaille William Bowie en 1971 (première femme à la recevoir) et la médaille de la Seismological Society of America en 1977. Elle a publié son dernier article à 99 ans et est morte en 1993, à 104 ans. Tous les schémas de manuel de l’intérieur de la Terre, avec ses couches concentriques, descendent de son raisonnement de 1936 sur les trajets des ondes.
Le noyau interne de la Terre tourne-t-il ? Trois décennies de débat
Pendant soixante ans, la sphère solide de Lehmann a été considérée comme un élément statique, verrouillé sur la rotation du reste de la planète. Puis, en juillet 1996, Xiaodong Song et Paul Richards, du Lamont-Doherty Earth Observatory, ont publié dans Nature un court article intitulé « Seismological evidence for differential rotation of the Earth’s inner core ». Leur démonstration reposait sur la géométrie source-récepteur qui allait dominer le domaine pendant les trente années suivantes : des séismes des îles Sandwich du Sud, enregistrés en Alaska.
En comparant, sur trois décennies d’enregistrements, les temps de trajet des ondes PKIKP (qui traversent le noyau interne) et des ondes PKP (qui ne traversent que le noyau externe), Song et Richards en ont déduit que le noyau interne tournait environ un degré par an plus vite que le manteau et la croûte. L’image d’une « planète dans la planète » tournant de façon indépendante a eu un large écho médiatique et a suscité des décennies d’études de suivi.
Cette vitesse n’a pas survécu au contact des données ultérieures. Pendant la fin des années 1990 et les années 2000, les estimations ont chuté. Le groupe d’Annie Souriau, à Toulouse, a attribué l’essentiel de la dérive apparente à des erreurs de localisation des hypocentres. Kenneth Creager, de l’université de Washington, a ramené la vitesse à environ 0,2° par an. Jian Zhang et ses collègues, à partir de doublets de séismes, l’ont encore affinée. Comme l’ont résumé Yang et Song dans un article de 2020 paru dans Journal of Geophysical Research : Solid Earth, « une vitesse de rotation d’environ 0,05–0,1° par an, avec d’éventuelles fluctuations décennales, permet de concilier toutes les observations de variations temporelles issues des ondes de volume, de la diffusion par le noyau interne et des données de modes propres ». Certains chercheurs, comme Lianxing Wen à Stony Brook, ont soutenu que le noyau interne ne tournait pas du tout et que les changements sismiques observés provenaient plutôt d’une limite mouvante et irrégulière.
Puis, en janvier 2023, Yi Yang et Xiaodong Song ont rouvert la question par l’autre bout de l’échelle de temps. Leur article paru dans Nature Geoscience, « Multidecadal variation of the Earth’s inner-core rotation », a rassemblé des enregistrements remontant à 1964 et montré que les trajets des ondes PKIKP, qui évoluaient régulièrement depuis des décennies, avaient brusquement cessé de changer. La rotation différentielle du noyau interne, ont-ils soutenu, « a récemment marqué une pause ». Plus frappant encore, la tendance récente semblait s’inscrire dans une oscillation de longue période, d’environ 70 ans, avec un précédent point de retournement au début des années 1970 et un autre vers 2009–2010. Cette période de 70 ans était étrangement proche d’oscillations connues de la durée du jour et du champ magnétique terrestre, autant d’indices d’un couplage plus profond entre les couches.
L’affirmation de Yang et Song a fait polémique. Wen et son collaborateur Daoyuan Tian ont répondu par une critique acérée dans Geophysical Research Letters en 2023, en soutenant que les données s’expliquaient tout aussi bien par des changements localisés de la limite du noyau interne elle-même que par une inversion de rotation de l’ensemble du noyau. Hrvoje Tkalčić, de l’université nationale australienne, qui a consacré sa carrière à l’étude du noyau interne, a déclaré à Science News en 2024 qu’« il est très probable que la vérité se situe quelque part entre les deux ». Wang et Vidale travaillaient déjà à un test plus direct.
L’article de 2024 paru dans Nature : comment Wang et Vidale ont suivi l’inversion
L’article de 2024 s’appuie sur les sismogrammes de deux antennes sismiques à courte période et d’ouverture moyenne, situées dans le nord de l’Amérique du Nord : l’antenne d’Eielson (ILAR), près de Fairbanks, en Alaska, et l’antenne de Yellowknife (YKA), dans les Territoires du Nord-Ouest canadiens. Celle de Yellowknife a été installée en 1962 dans le cadre d’un programme conjoint du ministère canadien des Mines et des Relevés techniques et de l’Autorité de l’énergie atomique du Royaume-Uni, afin de détecter les essais nucléaires souterrains. Celle d’Eielson a joué un rôle similaire pour le réseau américain de vérification sismique. Les deux antennes se trouvent à l’autre bout du globe par rapport à la zone sismique des îles Sandwich du Sud, sur un trajet nord-sud dont il a été montré qu’il est particulièrement sensible aux mouvements du noyau interne.
Comment les séismes répétitifs servent de sondes
L’astuce qui rend cette mesure possible, c’est le séisme répétitif. La plupart des séismes se produisent sur des failles qui se déplacent par étapes successives ; il arrive que la même portion de faille rejoue des années plus tard, presque au même endroit, avec presque la même géométrie de rupture. Les sismogrammes qui en résultent, enregistrés par une station lointaine, paraissent presque identiques aux hautes fréquences. Toute différence entre les tracés doit donc provenir de changements survenus le long du trajet des ondes lui-même, et non de la source.
Deux séismes survenus au même endroit, à des décennies d’intervalle, devraient produire des tracés presque identiques à une station lointaine, à moins que quelque chose n’ait changé le long du trajet des ondes. Si les tracés de 2015 ne concordent pas avec ceux de 1995 mais que ceux de 2023 concordent de nouveau, alors ce qui avait bougé est revenu en arrière.
Pourquoi les séismes des îles Sandwich du Sud sont la sonde essentielle
Les îles Sandwich du Sud forment une chaîne de petites îles volcaniques au-dessus d’une zone de subduction, dans l’Atlantique Sud, entre l’Amérique du Sud et l’Antarctique. Cet arc est l’un des secteurs d’océan isolé les plus prolifiques de la planète sur le plan sismique : des séismes de profondeur faible à intermédiaire s’y reproduisent pendant des décennies sur les mêmes portions de faille. Une onde qui quitte cette région presque plein nord, sous un angle abrupt, traverse le noyau interne et ressort dans le nord du Canada ou en Alaska. Song et Richards avaient reconnu en 1996 que cette géométrie était idéale pour mesurer le mouvement du noyau interne, et la littérature scientifique l’utilise depuis.
Wang, Vidale, Guanning Pang, de l’université Cornell, Keith Koper, de l’université de l’Utah, et Ruoyan Wang, de l’USC, ont compilé 121 séismes survenus entre 1991 et 2023 aux îles Sandwich du Sud, organisés en 143 paires distinctes et 16 multiplets (groupes de trois événements ou plus issus de la même zone source). Tous ont été enregistrés à la fois par ILAR et par YKA, la formation de voies permettant de faire ressortir les signaux PKIKP du bruit de fond.
Comment les formes d’onde révèlent une inversion de la rotation en 2008
Les données se répartissent en trois phases. Du début des années 1990 jusqu’en 2003 environ, les formes d’onde ont dérivé lentement : à chaque passage, les rais PKIKP échantillonnaient des parties légèrement différentes de la texture du noyau interne. De 2003 à 2008, la dérive s’est accélérée, signature d’une super-rotation plus rapide. Après 2008, la dérive s’est inversée : les paires qui devenaient de plus en plus dissemblables ont recommencé à converger, et au début des années 2020, les événements postérieurs à 2018 correspondaient aux tracés d’avant 2008.
Le résultat central de l’article, selon les termes mêmes des auteurs, est que « le noyau interne a progressivement été en super-rotation de 2003 à 2008, puis, de 2008 à 2023, en sous-rotation, deux à trois fois plus lentement, en revenant par le même chemin ». L’équipe situe l’inversion en 2008,5 ± 0,18 et estime que la vitesse après l’inversion est environ 2,5 fois plus lente que celle de la super-rotation d’avant 2008. Depuis 2010, le noyau interne se déplace lentement vers l’ouest par rapport au manteau, à environ 40 % de la vitesse vers l’est qu’il avait cinq ans plus tôt.
« Mais lorsque nous avons trouvé deux douzaines d’observations supplémentaires indiquant le même schéma, le résultat était incontournable », a déclaré Vidale au service de presse de l’USC. « Le noyau interne avait ralenti pour la première fois depuis de nombreuses décennies. » La concordance entre les formes d’onde de la fin des années 2010 et celles du milieu des années 1990 est l’indice le plus solide à lui seul que le noyau interne subit un mouvement de corps rigide, et pas seulement une déformation de sa limite, et que ce mouvement a changé de sens.
L’étude de suivi de 2025 : pourquoi la surface du noyau interne pourrait se déformer
Huit mois plus tard, la même équipe a publié une étude de suivi qui est venue compliquer son propre tableau. Le 10 février 2025, Vidale, Wang, Wang, Pang et Koper ont publié « Annual-scale variability in both the rotation rate and near surface of Earth’s inner core » dans Nature Geoscience. Ils avaient prolongé le jeu de données de 2024 et, point crucial, comparé des sismogrammes enregistrés à des moments où leur propre modèle de rotation indiquait que le noyau interne était revenu à la même orientation que des années auparavant.
Si le noyau interne était une boule rigide et que la rotation seule expliquait le signal, ces paires correspondant à un retour à la même orientation auraient dû être identiques. Ce n’était pas le cas sur l’une des deux antennes. À l’antenne de Yellowknife, qui capte des rais PKIKP rasant la partie supérieure du noyau interne, l’équipe a relevé entre 2004 et 2008 des différences de forme d’onde qu’aucune rotation n’expliquait. À Eielson, où les rais atteignent leur profondeur maximale plus loin à l’intérieur du noyau interne, ces mêmes anomalies étaient absentes. Le signal leur disait que quelque chose, près de la surface du noyau interne, avait changé de forme indépendamment de toute rotation.
Les auteurs concluent que la variabilité temporelle des ondes PKIKP résulte de la combinaison de la rotation et d’une déformation de la limite proche de la surface, et non de l’une ou de l’autre seule. La partie superficielle du noyau interne, soutiennent-ils, subit « très probablement » une déformation visqueuse, entraînée par le noyau externe liquide et turbulent qui la tire de toutes parts et par les attractions gravitationnelles des régions denses du manteau rocheux situé au-delà. Dans cette image, la limite du noyau interne se déforme à des échelles de temps allant de l’année à la décennie, certaines régions montant ou descendant jusqu’à un kilomètre.
Dans un commentaire d’accompagnement de la rubrique News & Views, publié dans le même numéro (Nature Geoscience 18, 201–202), Hrvoje Tkalčić a écrit que le noyau interne errant de la Terre a désormais été suivi de manière fiable sur les 20 dernières années, et que ce n’est pas seulement sa position qui change. L’enveloppe externe, tendre, du noyau interne se déforme probablement elle aussi. Les quelques kilomètres les plus externes pourraient se comporter moins comme un solide rigide que comme un fluide à haute pression et à forte viscosité.
L’autre point de vue : le modèle de Lianxing Wen fondé sur la déformation de la limite
Tout le monde n’adhère pas au tableau dressé par Wang et Vidale. La contestation la plus persistante et la plus crédible vient de Lianxing Wen, de l’université Stony Brook. Wen soutient depuis au moins 2006 que l’ensemble du schéma de variation des arrivées PKIKP peut s’expliquer sans invoquer la moindre rotation en bloc du noyau interne. Dans un article de 2006 paru dans Science, Wen a montré que des ondes de compression issues d’un doublet de séismes des îles Sandwich du Sud (événements du 1er décembre 1993 et du 6 septembre 2003), réfléchies sur la limite du noyau interne et enregistrées par des stations de Russie et du Kirghizistan, étaient arrivées 39 à 70 millisecondes plus tôt en 2003 qu’en 1993. Il y a vu un accroissement local du rayon du noyau interne d’environ 0,98 à 1,75 kilomètre sous le centre de l’Afrique.
Le modèle de Wen est cohérent en interne et physiquement plausible. Le noyau interne grandit par solidification, à sa surface, du fer provenant du noyau externe liquide, ce qui signifie que sa limite se déplace réellement, et pas nécessairement de façon uniforme. Pour Wen, le signal de « rotation » apparent n’est que la configuration géographique de ces variations de topographie, dérivant à travers les trajets de rais qui, par hasard, les échantillonnent. Interrogé sur le jeu de données de Wang et Vidale de 2024 dans un reportage publié par Science News, Wen a reconnu la qualité des données, mais a maintenu que les seules variations de topographie de surface suffisent à rendre compte des décalages de forme d’onde observés, sans qu’il faille invoquer une rotation en bloc.
Vidale s’est montré plus mesuré dans ses entretiens. L’article de 2025 concède de fait un rôle substantiel à la déformation de la limite, tout en conservant la rotation comme signal dominant dans les rais d’Eielson, qui plongent plus profondément. « Ce sont simplement des théories complètement orthogonales », a déclaré Vidale à Inverse, « et chaque théorie comporte des données qui la contredisent. C’est pourquoi je pense qu’il se passe plus de choses que ce qu’une seule de ces idées pourrait expliquer. » Tkalčić, dans son News & Views, se refuse à déclarer le débat clos.
Ce que le ralentissement change, et ce qu’il ne change pas
Le titre « Le noyau de la Terre est en train de changer de sens » est défendable sur le plan technique, mais facile à mal interpréter. Dans la semaine qui a suivi la publication de l’article de 2024, les réseaux sociaux se sont remplis d’affirmations selon lesquelles le ralentissement provoquerait des séismes, ferait basculer le champ magnétique terrestre, allongerait la journée de plusieurs heures ou déclencherait des catastrophes climatiques. Rien de tout cela ne tient. Les auteurs ne le prétendent pas, et la physique ne le soutient pas.
Commençons par la durée du jour. La rotation de la surface terrestre est influencée par de nombreux facteurs : les marées, l’atmosphère, les océans, la redistribution des masses de glace, la convection du manteau et les échanges de moment cinétique avec le noyau. Le mouvement du noyau interne n’est qu’un facteur parmi d’autres, et un facteur modeste. Selon l’estimation de Vidale, l’effet du retour en arrière actuel est faible. « C’est très difficile à remarquer », a-t-il déclaré à l’USC, « de l’ordre d’un millième de seconde, presque noyé dans le bruit des océans et de l’atmosphère en perpétuel brassage ». L’ordre de grandeur, c’est la milliseconde. La fonte des glaces provoquée par le climat est un levier plus puissant. Kiani Shahvandi et al. (2024, PNAS) font état d’une tendance de la durée du jour induite par le climat, qui s’est accélérée depuis 2000 et pourrait, dans les scénarios à fortes émissions, dépasser d’ici 2100 l’effet de freinage, connu de longue date, de la friction des marées lunaires (environ 2,3 ms par siècle).
Le champ géomagnétique est parfois lui aussi mêlé à ces récits. Ce champ est engendré par la convection dans le noyau externe liquide, et non par la rotation du noyau interne solide. Le noyau interne influence les écoulements du noyau externe sur de très longues échelles de temps, et la géodynamo varie certainement. L’anomalie de l’Atlantique Sud, cette zone affaiblie du champ au-dessus de l’Atlantique Sud et de l’Amérique du Sud, s’est étendue de façon mesurable au cours de la dernière décennie, d’après les mises à jour du World Magnetic Model de la NOAA et la mission satellitaire Swarm de l’ESA. Le pôle magnétique nord dérive vers la Sibérie de plusieurs dizaines de kilomètres par an, tandis que le pôle magnétique sud se déplace plus lentement. Rien de cela ne dépend du récent retour en arrière du noyau interne. Une inversion géomagnétique, lorsqu’elle se produira, se déroulera sur des milliers d’années, et rien n’indique que le ralentissement actuel en soit le déclencheur.
Le changement climatique ne figure pas du tout sur la liste. Le noyau interne ne réchauffe ni ne refroidit l’atmosphère, à aucune échelle de temps humaine. Le flux de chaleur du noyau vers le manteau est estimé à environ 5–15 térawatts (Lay, Hernlund & Buffett 2008, Nature Geoscience ; des travaux ultérieurs de physique des minéraux ont resserré cette fourchette sans la fixer), et n’est pas affecté par la récente inversion de rotation. Le réchauffement des 150 dernières années est dû à l’accumulation de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.
L’inversion offre tout de même aux géophysiciens quelque chose de nouveau à exploiter : un rapport de vitesses mesuré, environ 2,5 fois plus lent au retour qu’à l’aller, que les futurs modèles de la dynamique du noyau interne devront reproduire. L’asymétrie entre super-rotation et sous-rotation, l’oscillation de 70 ans proposée par Yang et Song et l’oscillation plus courte, de six ans, observée dans la durée du jour pointent toutes vers un système couplé formé du noyau interne, du noyau externe et du manteau, que personne n’a encore décrit en entier.
Comment le noyau interne se couple au noyau externe et au manteau
Le noyau interne ne se meut pas de lui-même. Il est entraîné par deux forces. De tous côtés, le noyau externe liquide est animé de boucles de convection turbulentes, et des courants électromagnétiques ainsi qu’une traction visqueuse tirent sur la surface du noyau interne. Plus loin, des régions denses du manteau inférieur, notamment les deux masses grandes comme des continents que l’on nomme grandes provinces à faible vitesse de cisaillement (LLSVP), sous l’Afrique et le Pacifique, exercent sur le noyau interne une attraction gravitationnelle. Le noyau interne se trouve au centre de ces deux moteurs et répond à l’un comme à l’autre.
L’article de Yang et Song de 2023 défendait l’idée que le rythme de cette réponse se manifeste sous la forme d’une oscillation d’environ 70 ans, qui coïncide avec des variations de période similaire de la durée du jour et du champ magnétique. La mesure de Wang et Vidale de 2024, qui saisit un point de retournement vers 2008, est cohérente avec ce tableau plus large, même si l’équipe prend soin de noter que ses seules données ne permettent pas de trancher entre plusieurs modèles de longue période possibles. Pang et Koper, dans des travaux antérieurs menés avec les mêmes antennes, avaient trouvé un épisode de rotation bref et rapide en 2001–2003, qui ne s’ajuste pas à une simple sinusoïde.
Tkalčić a soutenu par ailleurs que les modèles construits sur un petit nombre de trajets de rais bien échantillonnés risquent le surajustement, les signaux de rotation apparents étant sensibles au choix des doublets retenus. Sa position, reprise dans son News & Views de 2025, est que le noyau interne est manifestement actif, mais que son comportement précis reste insuffisamment contraint par les données disponibles.
L’étude de suivi de 2025 complique le tableau de façon utile. Si les quelques kilomètres les plus externes du noyau interne se déforment de manière visqueuse à l’échelle annuelle, alors la limite du noyau interne participe elle-même à ce moteur couplé, et n’est pas une simple surface passive. La turbulence du noyau externe pourrait faire monter et descendre des bosses topographiques de plusieurs centaines de mètres en quelques années ; la gravité du manteau pourrait déterminer où ces bosses se situent. La géodynamo, la lente croissance du noyau interne à mesure que le fer s’y solidifie et le rythme des oscillations de la durée du jour partagent tous cette limite.
La suite des travaux passera en grande partie par davantage de données, et de meilleure qualité. Le couple Eielson-Yellowknife est le corridor le mieux échantillonné à travers le noyau interne, mais ce n’est qu’un corridor. Des sismomètres de fond de mer, des antennes plus denses dans l’hémisphère Sud et de meilleurs catalogues de séismes répétitifs provenant de régions autres que les îles Sandwich du Sud permettraient aux sismologues de vérifier si le modèle de rotation de Wang et Vidale tient sur des trajets indépendants. L’analyse de la microsismicité par apprentissage automatique pourrait aussi élargir le catalogue des doublets exploitables de plusieurs ordres de grandeur. Si l’oscillation de 70 ans proposée est réelle, la dérive vers l’ouest du noyau interne devrait s’accélérer, puis ralentir, puis repartir vers l’est en l’espace de quelques décennies. C’est une prédiction falsifiable, sur une échelle de temps que les sismologues de demain pourront tester.
La suite
Imaginez Wei Wang à son poste de travail. Il regarde deux sismogrammes. L’un a été enregistré à l’époque où George H.W. Bush était président. L’autre a été enregistré après une pandémie mondiale. Entre les deux s’étendent trente-deux ans de petits séismes dans les îles Sandwich du Sud, et les sismomètres glacés des environs de Yellowknife et de Fairbanks qui les ont enregistrés. Et une sphère de fer de 2 442 km de diamètre, soumise à 330 gigapascals, qui a dérivé quelque part, puis est revenue en arrière.
Les tracés concordent. Ce qui signifie que, par un chemin que personne n’a encore tracé avec précision, le noyau interne est revenu là où il se trouvait. Le ralentissement qui a commencé vers 2010 n’est plus une hypothèse née d’une seule estimation de vitesse. Il est enregistré, de façon redondante, dans des formes d’onde qui se superposent à une fraction de seconde près, sur plusieurs décennies.
C’est une petite découverte à l’échelle de la cosmologie, et une découverte précise à l’échelle de la sismologie. La vie quotidienne n’en est pas affectée. Ce qui change, c’est l’ensemble de contraintes que devront respecter les futurs modèles de la dynamique du noyau interne. Lehmann nous a donné le noyau interne en 1936. Cela fait maintenant quatre-vingt-dix ans que nous cherchons à comprendre ce qu’il fait.
« La danse du noyau interne est peut-être encore plus vive que ce que nous en savons jusqu’ici », a déclaré Vidale à l’USC.
Questions fréquentes
Le noyau interne de la Terre recule-t-il vraiment ?
Par rapport au manteau et à la croûte qui le surmontent, oui. L’étude de 2024 de Wang, Vidale et leurs collègues, parue dans Nature, a montré qu’entre 2003 et 2008 le noyau interne tournait légèrement plus vite que la surface (super-rotation), et que depuis 2008 environ il tourne légèrement moins vite, dérivant en sens inverse le long de la même trajectoire, à une vitesse environ 2,5 fois plus lente que celle de sa super-rotation précédente. En valeur absolue, le noyau interne continue de tourner vers l’est avec le reste de la planète ; il a simplement pris du retard sur le rythme du manteau.
Quand le noyau interne a-t-il commencé à ralentir ?
L’article de Wang et Vidale de 2024 situe le point de retournement en 2008,5 ± 0,18, le ralentissement devenant clairement décelable vers 2010. L’article de Yang et Song de 2023 plaçait le plus récent point de retournement vers 2009–2010. Les deux estimations diffèrent d’environ un an. Selon le jeu de données et la méthode, les études situent l’inflexion quelque part entre 2008 et 2010.
Le ralentissement du noyau terrestre affecte-t-il la durée du jour ?
De façon marginale. L’estimation de Vidale, donnée dans le communiqué de presse de l’USC du 12 juin 2024, est « de l’ordre d’un millième de seconde, presque noyé dans le bruit des océans et de l’atmosphère en perpétuel brassage ». La fonte des glaces provoquée par le climat contribue actuellement davantage aux variations de la durée du jour que le récent ralentissement du noyau interne, avec une accélération atteignant 1,33 ± 0,03 ms par siècle depuis 2000 selon Kiani Shahvandi et ses collègues dans PNAS (2024).
Le ralentissement du noyau interne peut-il influer sur le changement climatique ?
Non. Le noyau interne ne réchauffe pas l’atmosphère. Le changement climatique est dû aux gaz à effet de serre, qui modifient le bilan radiatif de la Terre. Le flux de chaleur du noyau vers le manteau (environ 5–15 térawatts selon l’estimation de physique des minéraux) est stable à l’échelle des temps humains et n’est pas modifié de façon détectable par le récent changement de rotation.
Comment les scientifiques savent-ils ce que fait le noyau interne sans y aller ?
En comparant les sismogrammes de séismes répétitifs. Lorsque deux séismes se produisent presque au même endroit à des années d’intervalle, les ondes sismiques qu’ils envoient à travers la Terre suivent des trajets presque identiques. Toute différence entre les tracés enregistrés par une station lointaine reflète des changements survenus le long du trajet. L’étude de 2024 s’est appuyée sur 143 paires de séismes répétitifs, constituées à partir de 121 événements des îles Sandwich du Sud et enregistrées par les antennes d’Eielson (Alaska) et de Yellowknife (Canada) entre 1991 et 2023, pour suivre le mouvement du noyau interne.
Le noyau interne va-t-il s’arrêter complètement ?
Non. Le noyau interne se déplace par rapport au manteau, mais il est solidement pris dans la rotation d’ensemble de la planète et continuera de tourner vers l’est avec la Terre tout entière. L’« arrêt » évoqué parfois dans les titres de presse ne concerne que la faible vitesse différentielle entre le noyau interne et la surface, qui a changé de signe et pourrait osciller sur plusieurs décennies. Il n’existe aucun mécanisme physique par lequel le noyau interne s’immobiliserait de façon absolue.
Références
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