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La Terre, berceau de l'Humanité

Notions de géodésie et de géologie (II)

La géodésie permet de déterminer la dimension et la forme exacte de la Terre. D'un diamètre de 12756 km à l'équateur et 12713 km aux pôles, la Terre présente un aplatissement de 0.33% (contre 1.05% pour Mars et 6.47% pour Jupiter). Elle ressemble à une poire dont le diamètre moyen serait inscrit dans une ellipse. Cet objet est un géoïde dont les "bosses" vont de 15 m à 80 m (Nouvelle-Guinée) au-dessus de l'ellipse de référence, tandis que les "dépressions" oscillent entre 25 m et 108 m (Sri Lanka) en-dessous de la surface moyenne. Son aplatissement est donc à peine perceptible. La superficie de la Terre est de 510 millions de km², sa densité moyenne est de 5.32 pour une masse de 6x1021 tonnes. Il en résulte que la force de gravité agit à sa surface avec une accélération constante de 9.81 m/s2 en moyenne, l’équivalent d’une force de "1 g".

A gauche, l'aspect de la Terre photographiée à plus de 100000 km de distance au téléobjectif de 70 mm lors du vol d'Apollo 17 vers la Lune le 12 juillet 1972. Le globe terrestre ressemble à une sphère bleue marbrée a priori parfaite. Mais les géophysiciens la voit autrement après l'analyse des données du satellite GOCE (au centre), telle un géoïde présentant des bosses de 80 m (orange) et des creux de 108 m (mauve) par rapport à la surface moyenne. Voir le texte pour les explications. Documents NASA/GRIN et ESA/HPF/DLR.

Du point de vue géologique, même si l'intérieur de la Terre est inaccessible, au moins trois méthodes permettent de caractériser sa structure interne sur base à la fois d'expériences et de simulations :

- l'analyse des effets mécaniques, en particulier le moment d'inertie qui dépend de la distribution des masses

- la vitesse de propagation des ondes sismiques P et S (loi de Birch) qui dépend de la densité (masse atomique) des éléments

- les données géochimiques concernant le rapport de masse et la différenciation entre fer et magnésium.

Ces études ont permis de découvrir que l'intérieur de la Terre est constitué de plusieurs coquilles concentriques de masse et de composition différentes.

Le noyau interne (graine)

Depuis le développement de la séismologie dans les années 1920, nous savons qu'au centre de la Terre se trouve un noyau cristallin constitué de fer qu'on appelle la graine ou noyau interne. Il mesure environ 1216 km de rayon et présente une température variant entre 4700 et 5500°C. Sur base de l'équation hydrostatique, dont la formule différentielle est la suivante :

dP = ρ . g . dz

avec P la pression lithostatique (ou hydrostatique), ρ la densité (masse volumique), z la profondeur et g l'accélération de la pesanteur, on peut estimer qu'au centre de la Terre il règne une pression lithostatique maximale d'environ 360 GPa (3.6 millions d'atmosphères). Malgré la chaleur, sous cette pression la graine est solide mais il fallut près de 80 ans pour en avoir la certitude. En effet, dans une étude publiée en 2018 dans la revue "Science", les géophysiciens Hrvoje Tkalcic et Thanh-Son Pham de l'ANU d'Australie ont analysé les ondes J ou ondes de cisaillement qui se manifestent lors des tremblements de terre et qui traversent le noyau interne. Après les avoir isolées du bruit ambiant et des autres formes d'ondes, en mesurant leur vitesse de propagation grâce à un réseau mondial de séismographes, ils sont parvenus à la conclusion que la graine est effectivement solide tout en étant "souple", partageant certaines propriétés élastiques avec l'or et le platine. Autrement dit, la graine présente une résistance mécanique plus faible que prévu et peut se déformer. Il est même possible qu'elle soit animée de mouvements de convection à l'instar des fluides chauds.

La structure interne de la Terre basée sur la distribution des ondes P et S. Le noyau se divise en noyau interne et externe, le manteau se divisant également en un manteau inférieur et supérieur. Le noyau externe comme le manteau sont le siège de mouvements convectifs. Voir le texte pour les explications. Documents Gary Hincks adapté par l'auteur.

Toutefois les chercheurs sont loin d'avoir répondu à toutes les questions. On ignore encore quelle est la température exacte dans le noyau interne, quand s'est-il formé ou encore à quelle vitesse il se refroidit et se solidifie. On sait seulement que la graine participe au dégagement de chaleur à travers le noyau externe et le manteau jusqu'en surface.

On ignore quelles ont été les circonstances qui ont conduit à la formation du noyau, structure qui est propre à toutes les planètes y compris gazeuses. En revanche, cela faisait des décennies qu'on cherchait à comprendre comment le fer était "descendu" jusqu'au centre de la Terre. On se doutait bien qu'il devait y avoir un écoulement des fluides mais les résultats obtenus par simulations ne correspondaient pas aux données. Ensuite, il fallait aussi expliquer comment l'intérieur de la Terre s'était différencié en différentes couches comme le révèlent les sondages sismiques (voir plus bas).

Pour la différenciation, on a rapidement pensé que cela s'était produit pendant la phase d'accrétion des planétésimaux (des corps dont la taille est plus grande que celle d'un astéroïde mais plus petite que celle d'une planète naine) sachant que ces corps sont composés de roches silicatées et de métaux. Sur base de simulations, les géophysiciens ont suggéré qu'au cours du processus de formation de la Terre, la masse initiale s'est séparée en un noyau métallique recouvert d'une couche de silicates comprenant un manteau fluide et une croûte solide (voir plus bas). Restait à expliquer par quel mécanisme le noyau se forma et se différencia.

Dans une étude publiée en 2017 dans les "PNAS", le géophysicien doctorant Soheil Ghanbarzadeh de l'Université du Texas à Austin et ses collègues ont apporté les preuves qu'un processus de percolation du métal fondu s'est produit vers le centre de la Terre à travers les minuscules interstices existants entre les grains des roches silicatées (composées de SiO4 mélangé à d'autres métaux).

Cette découverte remet en question la théorie traditionnelle fondée sur l'interprétation des expériences et des simulations visant à comprendre comment les métaux se comportent sous une chaleur et une pression intenses lors de la formation des planètes. En effet, les résultats antérieurs suggéraient que de grandes quantités de métaux fondus furent piégées dans des pores isolés entre les grains de silicates. En revanche, les résultats de la nouvelle étude suggèrent que lorsque ces pores sont isolés, ils deviennent suffisamment gros pour s'interconnecter. Le métal en fusion peut alors s'écouler et la presque totalité percole le long des jointures ou canaux se formant entre les grains. Ce processus permettrait au métal en fusion de s'écouler à travers le manteau, de s'accumuler au centre de la planète et de former une graine métallique comme dans le cas de la Terre.

Le noyau métallique de la Terre comme de toutes les planètes rocheuses se serait formé lorsque le métal fondu emprisonné entre les grains des roches silicatées ont percolé jusqu'au centre du globe à une époque très précoce de leur formation. Document UT.Austin.

Ghanbarzadeh qui travaille aujourd'hui comme ingénieur chez BP America a développé un modèle informatique au Texas Advanced Computing Center pour simuler la distribution du fer fondu entre les grains silicatés en fonction de la porosité ou de la fraction de métal fondu. Les chercheurs ont constaté que lorsque le métal commence à percoler, il peut continuer à couler même si la fraction fondue diminue de façon significative. Or selon les anciens modèles, lorsque le métal commence à couler, il suffisait d'un petit espace vide dans le volume de la masse fondue pour arrêter la percolation. Selon le nouveau modèle informatique, seuls 1 à 2% du métal initial seraient piégés dans le manteau de silicate lorsque la percolation s'arrête, ce qui correspond à la quantité de métal existant dans le manteau terrestre.

Les chercheurs soulignent que l'arrangement des grains silicatés explique les différentes façons dont les espaces entre les grains sont plus ou moins bien connectés. Dans les travaux antérieurs, les modèles utilisaient un motif géométrique de grains réguliers et identiques, alors que la nouvelle étude repose sur des simulations de grain irréguliers, censés refléter plus fidèlement les conditions réelles. La géométrie des grains a été construite sur base des données réelles d'un échantillon de titane polycristallin qui fut modélisé par microtomographie aux rayons X.

La géométrie des grains a un effet très important sur la manière dont le métal fondu se connecte au réseau. Dans les grains irréguliers, les canaux interconnectant la masse fondue présentent une largeur variable et les plus larges restent connectés même si la plus grande partie du métal s'écoule.

En d'autres termes, ce résultat démontre qu'une parfaite modélisation tridimensionnelle fondée sur des données réelles est essentielle pour comprendre et quantifier le fonctionnement du piégeage du métal fondu dans les roches.

Enfin, par curiosité les chercheurs ont également comparé leurs résultats à un réseau de métal fondu fossilisé dans une achondrite, un type de météorite provenant d'un astre qui s'est différencié en différentes couches. Les radiographies de la météorite ont révélé une distribution de métal comparable aux réseaux de masse fondue calculés par leur simulation. Cette comparaison démontre que le nouveau modèle s'applique également aux caractéristiques observées dans ce type de météorite.

A lire : Physique de la Terre (PDF), A.Fournier/U.Jussieu

A gauche et au centre, détermination de la structure interne de la Terre à partir de la vitesse de propagation des ondes sismique P et S. A droite, expériences de compression de différents éléments chimiques et comparaison avec la vitesse de propagation des ondes P afin de déterminer la composition interne de la Terre. Documents anonyme, A.Denoel et al. (2014) et F.Birch (1961).

Décrivons à présent les autres structures entourant la graine et remontons ainsi jusqu'en surface.

Le noyau externe

Etant très dense, le noyau représente 30% de la masse de la Terre et la moitié de son diamètre (en volume, on peut comparer la Terre à une pêche). La graine est entourée par le noyau externe, une enveloppe de magma fluide d'environ 2275 km d'épaisseur. Cette enveloppe est composée d'un alliage de fer en fusion porté entre 3700-4700°C et d'éléments plus légers (silicium, soufre, oxygène, nickel, etc). C'est sa lente rotation sous l'effet de la rotation de la Terre et de la convection qui engendre le champ magnétique terrestre. On y reviendra.

Le manteau

Le noyau est recouvert par les manteaux inférieur et supérieur composés d'un mélange de silicate de magnésium et de silicate d'aluminium qui s'étend en moyenne jusqu'à 35 km de la surface. Bien que le manteau soit composé de roches solides, il est légèrement fluide, s'écoulant à raison de quelques millimètres par an, ce qui est suffisant pour générer des courants électriques qui participent également au développement du champ magnétique planétaire. Le manteau inférieur présente une température maximale de 3700°C et subit une pression maximale de 140 GPa.

Toujours sur base de l'équation hydrostatique, à mesure qu'on remonte vers la surface, la pression diminue pour atteindre 1 MPa vers 3000 km de profondeur, 100 kPa vers 300 km et 10000 Pa ou atmosphères à 30 km de profondeur.

A gauche, simulation des plumes chaudes remontant du manteau inférieur vers la croûte terrestre et à l'origine des points chauds. A droite, illustration des mouvements du magma dans le manteau avec la remontée d'une plume chaude à l'origine des points chauds. Il existe une corrélation entre le mouvement des plaques tectoniques, le flux du manteau et le taux d'inversion du champ géomagnétique. Soulignons que la théorie des "plumes" n'est pas encore prouvée et reste une hypothèse. Voir cet article pour les explications. Documents P.Allen (2011) et extrait de E.Tarbuck et al., "Earth, An Introduction to Physical Geography" (2016) adapté par l'auteur.

On estime que les courants convectifs du manteau mettent au moins 300 millions d'années pour boucler un cycle complet (remonter du noyau externe, atteindre un point chaud et redescendre au fond du manteau). Suite au phénomène de subduction, on pense que des fragments "froids" de plaques lithosphériques sont emportés vers les profondeurs du manteau et pourraient s'accumuler autour du noyau externe, altérant sensiblement la thermodynamique des plumes ascendantes et probablement le taux d'inversion du champ magnétique.

Des continents souterrains aussi vieux que la Terre

Selon une étude publiée par l'équipe de Curtis Williams de l'Université de Californie à Davis dans la revue "Geochemistry, Geophysics, Geosystems" en 2019 (et résumée sur le blog de l'AGU), les blocs de roches chaudes et comprimées presque aussi grands que des continents reposant à la limite entre le noyau externe et le manteau terrestre pourraient s'être formés lorsque l'océan de magma primordial se solidifia à l'époque où la Terre était encore une protoplanète.

Deux énormes structures, chacune environ 100 fois plus hautes que l’Everest furent découvertes à ~2880 km de profondeur, au fond du manteau terrestre. Document E.J.Garnero et al. (2016).

Les scientifiques connaissent l'existence de ces blocs de roches depuis les années 1970. En effet, les ondes sismiques se propagent à l'intérieur de la Terre et accusent un changement de vitesse quand elles traversent des matières de différentes densités, ce qui permet de les localiser dans l'espace. Des modèles ont aidé les scientifiques à repérer ces continents, mais jusqu'à cette étude, ils ne savaient pas quand ni comment ces structures avaient émergé et se sont ensuite retrouvées au fond du manteau à ~2880 km de profondeur. Certains scientifiques ont suggéré que des fragments de la croûte terrestre se sont enfoncés dans le manteau où ils se sont regroupés au fil du temps.

De nouvelles analyses des roches volcaniques ont en partie résolu ce problème. Selon les chercheurs, ces continents souterrains seraient aussi vieux que la Terre et ont probablement survécu à l'impact qui donna naissance à la Lune.

Pour parvenir à cette concusion, Williams et ses collègues ont compilé des données sur des échantillons géologiques provenant d'Hawaï, d'Islande, des îles Balleny en Antarctique et d'autres régions où du magma provenant du noyau est remonté jusqu'en surface et s'est solidifié. Ces échantillons contiennent des isotopes d'hélium-3, un élément qui fut créé quelque 3 minutes après le Big Bang il y a plus de 13.7 milliards d'années. Les chercheurs ont ensuite tenté de retracer le parcours de ces roches vers la surface.

Dans le passé, de nombreux modèles géologiques supposaient que des colonnes de roches issues du manteau - qu'on appelle les plumes du manteau profond ou des piles thermochimiques - remontaient à la surface en lignes droites. Mais on sait aujourd'hui que ces plumes sont déviées, ricochent et changent de direction en remontant vers la croûte terrestre. Par conséquent, les chercheurs ont développé un nouveau modèle qui a révélé ces déviations des plumes du manteau profond, permettant ainsi de retracer certains échantillons jusqu'au blocs continentaux souterrains. À partir de ces simulations, Williams et son équipe pensent pouvoir déduire la nature des matériaux dont sont composés ces énormes blocs et à quel moment ils se sont formés. Selon des études antérieures (cf. E.J.Garnero et al., 2016), ces continents souterrains seraient constitués de matériaux différents de ceux composant le reste du manteau et seraient également plus chauds.

Si les chercheurs déterminent la composition de ces masses rocheuses, ils pourront mieux modéliser les processus primordiaux qui ont façonné la Terre et conduit au manteau moderne.

Des montagnes et des vallées dans la zone de transition

Suite au séisme majeure de magnitude 8.2 qui s'est produit en Bolivie le 9 juin 1994, le géophysicien Wenbo Wu de l'Académie des Sciences de Chine et ses collègues de l'Université de Princeton ont découvert que l'intérieur de la Terre n'a pas une structure en oignon faite d'une succession de couches lisses concentriques mais présente des couches de transitions vallonées.

Comme les chercheurs l'ont expliqué dans la revue "Science" en 2019, en voulant étudier la rigidité du noyau de la Terre, Wu et ses collègues ont découvert que les données sismiques révélaient l'existence de montagnes et d'autres topographies à la base de la zone de transition, une couche située à 660 km de profondeur séparant les manteaux supérieur et inférieur comme l'illustre le dessin présenté ci-dessous à gauche. Les chercheurs sont arrivés à cette conclusion après avoir injecté les données très complexes à interpréter dans le puissant superordinateur Tiger (2.6 PFLOPS pic) du HPCRC de l'Université de Princeton de manière à obtenir une simulation du comportement des ondes dans les profondeurs de la Terre.

Illustration des "rugosités", des montagnes et des vallées d'au moins 3 km d'altitude, découvertes dans la zone de transition du manteau. Document Kyle McKernan/U.Princeton/T.Lombry.

Leur modèle statistique n'a pas permis de déterminer la hauteur de ces "rugosités" après précision. Ces montagnes (et ses vallées) font au moins 3 km de hauteur, elles courent sur plus de 400 km de longueur et sont vraisemblalement présentes dans toute la zone de transition comme des vagues recouvrant uniformément une couche visqueuse. Il est très possible que ces montagnes soient plus grandes que celles existant à la surface de la Terre. Mais leur rugosité n'est pas également répartie. Selon les chercheurs, les couches profondes de la Terre sont aussi complexes que ce que nous observons en surface. Comme la croûte terrestre présente des fonds marins lisses et des montagnes gigantesques, la limite des 660 km présente des zones rugueuses et des zones lisses. Les chercheurs ont également examiné une couche située à 410 km de profondeur, au sommet de la zone de transition, sans y trouver de rugosité similaire.

La présence de rugosités à 660 km de profondeur a des implications importantes pour comprendre comment notre planète s'est formée et continue d'évoluer. Le manteau représente environ 84% du volume de la Terre et 75% de sa masse. Pendant des années, les géosphysiciens ont débattu de l’importance et des effets de cette zone de transition. En particulier, ils ont étudié la façon dont la chaleur se propage à travers le manteau (si les roches chaudes sont transportées de manière fluide ou non depuis la limite noyau-manteau jusqu'au sommet du manteau ou si ce transfert est interrompu dans la zone de transition). Certaines preuves géochimiques et minéralogiques suggèrent que les manteaux supérieur et inférieur sont chimiquement différents, ce qui conforte l’idée que les deux couches ne se mélangent pas thermiquement ni physiquement. D'autres observations ne suggèrent aucune différence chimique entre les manteaux supérieur et inférieur, conduisant certains chercheurs à plaider en faveur de ce qu'on appelle un "manteau bien mélangé", les manteaux supérieur et inférieur participant tous deux au même cycle de transfert de chaleur. Des études complémentaires sont donc encore nécessaires pour répondre à ces questions toujours ouvertes.

Cette découverte suggère également qu'à mesure que les instruments sismiques s'améliorent et qu'on explore de nouvelles zones, les chercheurs continueront à détecter de nouveaux signaux à petite échelle qui révèleront de nouvelles propriétés des couches internes de la Terre.

La croûte

Enfin, en surface se trouve la lithosphère ou croûte terrestre sur laquelle évoluent les continents au gré des mouvements des plaques tectoniques. L'épaisseur de la lithosphère varie entre 79.5 km maximum sous les Andes et au Tibet à 5 km minimum en certains endroits des failles sous-marines ou des fosses abyssales. La croûte continentale sur laquelle se forme les continents présente une épaisseur moyenne de 30 km (15 à 80 km) tandis que la croûte océanique est en moyenne épaisse de 5 à 7 km.

La croûte se compose d'une succession de strates : une couche superficielle de sédiments, une couche intermédiaire continentale granitique appelée "sial" (silicium-aluminium) et une couche basaltique mêlée de Gabbro (roche plutonique magmatique) qui forme le plancher des océans. Elle contient pour les trois quarts du silicium et de l'oxygène, ce sont des silicates. Mais ce modèle est une simplification car la croûte terrestre est en réalité hétérogène, la croûte océanique étant d'une composition différente de la croûte continentale.

La croûte continentale est pratiquement composée des mêmes éléments que les météorites carbonées. Ainsi à quelques pourcents près, comme sur Terre, on retrouve dans ces météorites les mêmes éléments O, Al, Si, Na, Mg, Ca et Fe parmi d'autres moins abondants. On en déduit que ces roches proviennent d'un astre parent qui s'est formé de la même manière que la Terre et donc que les planètes telluriques reposent apparemment sur le même modèle. Nous reviendrons sur le sujet et celui de l'abondance des éléments chimiques dans l'article consacré à la formation du système solaire et des planètes telluriques à partir des grains de poussière.

Nous verrons plus loin à propos du champ magnétique que l'hypothèse selon laquelle il existe une corrélation entre le mouvement des plaques tectoniques, le flux du manteau et le taux d'inversion du champ géomagnétique est aujourd'hui confirmée, résolvant une question en suspens depuis des décennies.

La ringwoodite

Localisation de la ringwoodite vers 660 km de profondeur et comprenant l'équivalent de 3 fois la quantité d'eau contenue dans les océans. Voir le texte pour les explications. Document T.Lombry.

En 1879, une grande météorite tomba à Tenham, dans le Queensland, en Australie, éparpillant de nombreux fragments sur plusieurs kilomètres. Cette météorite est une chondrite ordinaire de type L6 offrant la particularité de contenir de la ringwoodite (nom donné en hommage au géologue Ted Ringwood qui étudia les phases polymorphiques de l'olivine et du pyroxène). Cette roche de couleur bleue est une forme polymorphe stable de l'olivine qui se forme dans des conditions de hautes températures et de pressions similaires à celles existant dans le manteau supérieur, dans la zone de transition, entre 525 et 660 km de profondeur. Cette roche peut être fabriquée en laboratoire. Par un heureux hasard, en 2014 des géologues découvrirent au Brésil un diamant de 0.09 g contenant une inclusion de 40 microns de ringwoodite, le premier spécimen d'origine terrestre.

En analysant les ondes séismiques P se propageant dans le manteau, les scientifiques ont découvert vers 660-700 km de profondeur l'existence d'une couche de ringwoodite saturée d'eau au point qu'elle contiendrait l'équivalent de 3 fois la quantité d'eau contenue dans les océans ! Vu sa localisation, la pression et la température, l'eau n'est pas sous forme liquide ou de gaz mais combinée aux molécules minérales.

On suppose que cette eau migra à cette profondeur à l'époque où la Terre accréta des planétésimaux riches en gaz et fit l'objet d'un intense bombardement par des météorites et des comètes riches en eau.

Les géophysiciens (cf. Chen Cai et al., 2019) ont également découvert que l'eau des océans disparaît dans les entrailles de la Terre dans les zones de subduction en quantité apparemment 3 fois plus importante que la quantité d'eau rejetée en surface. Cette eau se retrouve prisonnière des roches entre 400 et 660 km de profondeur. On y reviendra à propos du cycle de l'eau.

Températures

A partir d'un peu plus de 1 mètre de profondeur, les variations de températures journalières ne se font plus sentir et à partir de 20 à 30 m de profondeur selon les sols, les variations annuelles n'ont plus aucun effet. A mesure que l'on s'enfonce sous terre, la température augmente d'environ 3° tous les 100 m pour atteindre environ 3700°C à la surface du noyau et 5500°C au centre de la Terre.

Cette température est essentiellement entretenue par la radioactivité naturelle des roches à laquelle s'ajoute une petite contribution liée aux échanges thermiques avec le magma. C'est ensuite l'effet mécanique de la pression qui augmente la température et transforme finalement la matière visqueuse en réseau cristallin dans la graine.

Le noyau est le siège de mouvements convectifs qui peuvent être d'origine thermique suite à la température plus importante qui règne à la limite noyau interne-noyau externe (ICB) qu'à la frontière noyau externe-manteau (CMB). La cristallisation de la graine libère également de l'énergie d'enthalpie de solidification (ou chaleur latente de solidification) qui réchauffe le fluide alentour et alimente la convection jusqu'aux couches supérieures du manteau, où l'activité volcanique trouve son origine.

Le noyau externe fluide étant conducteur, ses mouvements différenciés engendrent le champ magnétique terrestre par un phénomène de dynamo auto-excitée sur lequel nous reviendrons.

L'IceCube et l'absorption des neutrinos

On a longtemps cru que les neutrinos émis par le Soleil et les autres étoiles (cf. SN 1987A) étaient capables de traverser la Terre entière sans pratiquement interagir avec la matière. En effet, ces particules élémentaires élusives sont neutres, sans charge électrique, et de ce fait elles sont capables de traverser des milliers de kilomètres de roche ou de magma sans être absorbées ou se lier. Les théories de la physique des particules prédisent toutefois qu'à partir de certains niveaux d'énergie (au moins 106 GeV), elles sont absorbées par la matière. Mais jusqu'à présent personne n'avait observé concrètement ce phénomène.

A gauche, coupe transversale (cross-section) de la Terre et distribution des neutrinos traversant le globe. Voir le texte pour les explications. A droite, schéma de l'Observatoire neutrino IceCube installé près de la station polaire d'Amundsen-Scott au pôle Sud. Les détecteurs sont installés dans la glace à plus de 2000 m de profondeur. Les chercheurs de l'IceCube utilisent principalement cette installation pour étudier les sources de neutrinos du ciel profond (supernovae, quasars, etc). Documents Collaboration IceCube.

Grâce au détecteur neutrino IceCube installé en Antarctique, en 2017 les chercheurs ont découvert que les neutrinos ne pouvaient pas traverser le globe terrestre de part en part car ils étaient absorbés par la matière, et ce d'autant plus s'ils sont très énergétiques comme le montre le schéma présenté à gauche. On constate qu'en partant du pôle Nord, c'est-à-dire aux antipodes (180°) de l'IceCube, en traversant la Terre par le noyau, après avoir parcouru une distance de 12750 km à travers la roche et le magma, les neutrinos de plus de 1 million de GeV sont pratiquement tous absorbés (zone bleue) alors que sous un angle de 120° environ 35% des neutrinos (zone turquoise) traversent la Terre (via le manteau) et sont détectés. La probabilité d'interaction des neutrinos avec la matière, ce qu'on appelle leur "section efficace" est conforme aux prédictions du modèle Standard des particules au détriment des théories exotiques.

Cette découverte est également intéressante sur le plan instrumental de la recherche appliquée car, de manière similaire à la muographie utilisée pour sonder l'intérieur des pyramides, le fait que les neutrinos soient perturbés par la matière entrevoie la possibilité de les utiliser pour étudier la structure interne de la Terre et notamment pour cartographier les interfaces entre la lithosphère, le manteau et le noyau.

Précisons qu'en 2017 VirginiaTech a développé le premier détecteur neutrino mobile dénommé "MiniCHANDLER". Mais à ce jour, il est dédié à la détection des neutrinos dans le cadre de l'usage illicite d'armes nucléaires.

Prochain chapitre

Structure tectonique

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