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Au plus profond de la Terre se trouve une boule de métal solide qui tourne indépendamment de notre planète, comme une toupie à l'intérieur d'une toupie plus grande, enveloppée de mystère.

Ce noyau interne intrigue les chercheurs depuis sa découverte par le sismologue danois Inge Lehmann en 1936, et la façon dont il se déplace - sa vitesse et son sens de rotation - est au centre d'un débat qui dure depuis des décennies. De plus en plus de preuves suggèrent que la rotation du noyau a changé de façon spectaculaire ces dernières années, mais les scientifiques sont restés divisés sur ce qui se passe exactement - et sur ce que cela signifie.

Le problème vient en partie du fait qu'il est impossible d'observer ou d'échantillonner directement l'intérieur profond de la Terre. Les sismologues ont glané des informations sur les mouvements du noyau interne en examinant le comportement des ondes produites par les grands tremblements de terre qui frappent cette région. Les variations entre des ondes de force similaire qui ont traversé le noyau à des moments différents ont permis aux scientifiques de mesurer les changements de position du noyau interne et de calculer sa rotation.

"La rotation différentielle du noyau interne a été proposée comme phénomène dans les années 1970 et 1980, mais ce n'est que dans les années 1990 que des preuves sismologiques ont été publiées", explique Lauren Waszek, maître de conférences en sciences physiques à l'université James Cook, en Australie.

Mais les chercheurs se sont opposés sur la manière d'interpréter ces résultats, "principalement en raison de la difficulté de réaliser des observations détaillées du noyau interne, du fait de son éloignement et du peu de données disponibles", a déclaré Lauren Waszek. En conséquence, "les études qui ont suivi au cours des années et des décennies suivantes ne sont pas d'accord sur le taux de rotation, ni sur sa direction par rapport au manteau", a-t-elle ajouté. Certaines analyses ont même proposé que le noyau ne tourne pas du tout.

Un modèle prometteur proposé en 2023 décrit un noyau interne qui, par le passé, tournait plus vite que la Terre elle-même, mais qui tourne désormais plus lentement. Selon les scientifiques, pendant un certain temps, la rotation du noyau correspondait à celle de la Terre. Puis elle s'est ralentie encore davantage, jusqu'à ce que le noyau se déplace vers l'arrière par rapport aux couches de fluide qui l'entourent.

À l'époque, certains experts avaient souligné qu'il fallait davantage de données pour étayer cette conclusion. Aujourd'hui, une autre équipe de scientifiques a apporté de nouvelles preuves irréfutables à cette hypothèse concernant la vitesse de rotation du noyau interne. Les recherches publiées le 12 juin dans la revue Nature confirment non seulement le ralentissement du noyau, mais appuient également la proposition de 2023 selon laquelle cette décélération du noyau s'inscrit dans un schéma de ralentissement et d'accélération qui s'étend sur plusieurs dizaines d'années.

Les nouvelles découvertes confirment également que les changements de vitesse de rotation suivent un cycle de 70 ans, a déclaré le coauteur de l'étude, John Vidale, professeur de sciences de la Terre au Dornsife College of Letters, Arts and Sciences de l'université de Californie du Sud.

"Cela fait 20 ans que nous discutons de cette question, et je pense que cette étude est un point final", a déclaré M. Vidale. "Je pense que nous avons mis fin au débat sur la question de savoir si le noyau interne se déplace, et quel a été son comportement au cours des deux dernières décennies.

Mais tous ne sont pas convaincus que la question est réglée, et la manière dont un ralentissement du noyau interne pourrait affecter notre planète reste une question ouverte - même si certains experts estiment que le champ magnétique terrestre pourrait entrer en jeu.
Attraction magnétique

Enfoui à environ 5.180 kilomètres de profondeur, le noyau interne en métal solide est entouré d'un noyau externe en métal liquide. Le noyau interne est principalement constitué de fer et de nickel, et on estime qu'il est aussi chaud que la surface du soleil, soit environ 9.800 degrés Fahrenheit (5.400 degrés Celsius).

Le champ magnétique terrestre tire sur cette solide boule de métal chaud et la fait tourner. Dans le même temps, la gravité et l'écoulement du noyau externe fluide et du manteau exercent une traction sur le noyau. Au fil des décennies, la poussée et la traction de ces forces entraînent des variations de la vitesse de rotation du noyau, explique M. Vidale.

L'agitation du fluide riche en métaux dans le noyau externe génère des courants électriques qui alimentent le champ magnétique terrestre, lequel protège notre planète des radiations solaires mortelles. Bien que l'influence directe du noyau interne sur le champ magnétique soit inconnue, les scientifiques avaient déjà signalé en 2023 qu'un noyau tournant plus lentement pourrait potentiellement l'affecter et raccourcir fractionnellement la durée d'une journée.

Lorsque les scientifiques tentent de "voir" à travers la planète, ils suivent généralement deux types d'ondes sismiques : les ondes de pression, ou ondes P, et les ondes de cisaillement, ou ondes S. Les ondes P se déplacent à travers tous les types de matière. Les ondes P traversent tous les types de matière, tandis que les ondes S ne traversent que les solides ou les liquides extrêmement visqueux, selon l'US Geological Survey.

Dans les années 1880, les sismologues ont constaté que les ondes S générées par les tremblements de terre ne traversaient pas entièrement la Terre, ce qui leur a permis de conclure que le noyau de la Terre était en fusion. Mais certaines ondes P, après avoir traversé le noyau terrestre, émergeaient à des endroits inattendus - une "zone d'ombre", comme l'appelait Lehmann - créant des anomalies impossibles à expliquer. Lehmann a été le premier à suggérer que les ondes P qui s'égarent pourraient interagir avec un noyau interne solide dans le noyau externe liquide, en se basant sur les données d'un tremblement de terre massif survenu en Nouvelle-Zélande en 1929.

En suivant les ondes sismiques des tremblements de terre qui ont traversé le noyau interne de la Terre selon des trajectoires similaires depuis 1964, les auteurs de l'étude 2023 ont constaté que la rotation suivait un cycle de 70 ans. Dans les années 1970, le noyau interne tournait un peu plus vite que la planète. Il a ralenti vers 2008 et, de 2008 à 2023, il a commencé à se déplacer légèrement en sens inverse, par rapport au manteau.
La rotation future du noyau

Pour cette nouvelle étude, Vidale et ses coauteurs ont observé les ondes sismiques produites par des tremblements de terre aux mêmes endroits et à différentes époques. Ils ont trouvé 121 exemples de tels tremblements de terre survenus entre 1991 et 2023 dans les îles Sandwich du Sud, un archipel d'îles volcaniques situé dans l'océan Atlantique à l'est de l'extrémité sud de l'Amérique du Sud. Les chercheurs ont également étudié les ondes de choc pénétrant dans le noyau et provoquées par les essais nucléaires soviétiques menés entre 1971 et 1974.

Selon M. Vidale, la rotation du noyau influe sur le temps d'arrivée de l'onde. La comparaison du moment où les signaux sismiques touchent le noyau a révélé des changements dans la rotation du noyau au fil du temps, confirmant le cycle de rotation de 70 ans. D'après les calculs des chercheurs, le noyau est sur le point de recommencer à accélérer.

Par rapport à d'autres études sismographiques du noyau qui mesurent les tremblements de terre individuels lorsqu'ils traversent le noyau - quel que soit le moment où ils se produisent - le fait de n'utiliser que des tremblements de terre appariés réduit la quantité de données utilisables, "ce qui rend la méthode plus difficile", a déclaré M. Waszek. Toutefois, cette méthode a également permis aux scientifiques de mesurer les changements de rotation du noyau avec une plus grande précision, selon M. Vidale. Si le modèle de son équipe est correct, la rotation du noyau recommencera à s'accélérer dans cinq à dix ans.

Les sismographes ont également révélé qu'au cours de son cycle de 70 ans, la rotation du noyau ralentit et accélère à des rythmes différents, "ce qui nécessitera une explication", a déclaré M. Vidale. L'une des possibilités est que le noyau métallique interne ne soit pas aussi solide que prévu. S'il se déforme au cours de sa rotation, cela pourrait affecter la symétrie de sa vitesse de rotation.

Les calculs de l'équipe suggèrent également que le noyau a des vitesses de rotation différentes selon qu'il se déplace vers l'avant ou vers l'arrière, ce qui ajoute "une contribution intéressante au discours", a déclaré M. Waszek.

Mais la profondeur et l'inaccessibilité du noyau interne signifient que des incertitudes subsistent, a-t-elle ajouté. Quant à savoir si le débat sur la rotation du noyau est vraiment clos, "nous avons besoin de plus de données et d'outils interdisciplinaires améliorés pour approfondir la question", a déclaré Mme Waszek.
Un potentiel énorme

Les changements de rotation du noyau, bien qu'ils puissent être suivis et mesurés, sont pratiquement imperceptibles pour les personnes vivant à la surface de la Terre, a déclaré M. Vidale. Lorsque le noyau tourne plus lentement, le manteau s'accélère. Ce changement accélère la rotation de la Terre et raccourcit la durée d'une journée. Mais ces changements de rotation ne se traduisent que par des millièmes de seconde dans la durée du jour, a-t-il précisé.

"Pour ce qui est de l'effet sur la durée de vie d'une personne, il a ajouté : "Je ne peux pas imaginer que cela signifie quelque chose d'aussi important que la durée de vie d'une personne. "Je ne peux pas imaginer que cela signifie grand-chose.

Les scientifiques étudient le noyau interne pour savoir comment l'intérieur profond de la Terre s'est formé et comment l'activité est reliée à toutes les couches souterraines de la planète. La région mystérieuse où le noyau externe liquide enveloppe le noyau interne solide est particulièrement intéressante, a ajouté M. Vidale. En tant que lieu de rencontre entre le liquide et le solide, cette limite est "remplie d'un potentiel d'activité", tout comme la limite entre le noyau et le manteau et la limite entre le manteau et la croûte.

"Nous pourrions avoir des volcans à la limite du noyau interne, par exemple, là où le solide et le liquide se rencontrent et se déplacent", a-t-il déclaré.

Étant donné que la rotation du noyau interne influe sur les mouvements du noyau externe, on pense que la rotation du noyau interne contribue à alimenter le champ magnétique de la Terre, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour élucider son rôle précis. Et il reste encore beaucoup à apprendre sur la structure globale du noyau interne, a déclaré Waszek.

"Les méthodologies nouvelles et à venir seront essentielles pour répondre aux questions actuelles sur le noyau interne de la Terre, y compris celle de la rotation."

Mindy Weisberger est rédactrice scientifique et productrice de médias. Ses travaux ont été publiés dans Live Science, Scientific American et le magazine How It Works.

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