MasterClass #8 : Géodynamique du noyau, une ballade expérimentale

2 mai 2024

Géodynamique du noyau : une ballade expérimentale

Par Henri-Claude Nataf, ISTerre

Au sein de la géodynamique de la Terre `solide’, le noyau se distingue par le rôle clé joué par la rotation de notre planète. On pourrait aisément ignorer la présence de ce vaste océan de métal liquide s’il ne générait le champ magnétique qui nous baigne. Quelle est la dynamique de cet étrange système, et comment l’étudier ? A travers l’accélération de Coriolis, la rotation impose de fortes contraintes sur les écoulements fluides, comme l’illustrent les cartes météo. Mais le champ magnétique, par la force de Lorentz, peut également grandement influer sur l’organisation des écoulements. En un quart de siècle, notre connaissance et notre compréhension de la géodynamique du noyau ont grandement progressé. On peut aujourd’hui cartographier l’écoulement et le champ magnétique à l’intérieur de noyau, et en retrouver l’effet sur d’infimes variation de la durée du jour. Ces avancées ont nécessité de combiner des approches observationnelles, théoriques, expérimentales et numériques. L’équipe géodynamo d’ISTerre se distingue par ses compétences dans ces 4 approches.

Expérimentateur dans l’âme, je suivrai le fil rouge des expériences que nous avons réalisées à ISTerre, pour dresser le tableau de la géodynamique du noyau, du chemin parcouru et des défis à venir. Cette partie scientifique sera présentée en anglais, mais c’est en français que je commencerai et terminerai mon exposé, avec un aperçu de mon parcours, en concluant par quelques hommages et souvenirs.

Lignes de champ magnétique entrainées par la rotation de la « graine » dans l’expérience DTS. Les couleurs de la carte méridienne représentent la vitesse angulaire du sodium liquide (super-rotation en rouge). Résultat de l’Inversion conjointe des mesures de vitesse du fluide et des champs électrique et magnétique induits, sous la supervision de l’équation d’induction…

La formation et la différenciation de la Terre en laboratoire

Par Maylis Landeau, Institut de Physique du Globe de Paris

La formation et la différenciation de la Terre ont déterminé la température et la composition initiales de notre planète. L’évolution de la Terre, de l’initiation de la tectonique des plaques à la génération du champ magnétique, dépend de ces conditions.
Grâce aux données isotopiques et géochimiques, nous savons que le noyau terrestre s’est séparé du manteau silicaté durant les 100 premiers millions d’années du système solaire, alors qu’une succession d’impacts formaient la Terre. Cependant, le mélange entre le métal du noyau et les silicates mantelliques est difficile à quantifier. L’équilibrage chimique et la composition du noyau et du manteau dépendent de ce mélange.
Dans cet exposé, je présenterai les progrès récents sur la dynamique de la différenciation de la Terre après un impact. En combinant les résultats de simulations numériques et d’expériences de laboratoire, nous pouvons à présent estimer l’efficacité du mélange entre métal et silicates durant la formation de la Terre.

Du noyau des planètes aux bioréacteurs, quand Coriolis mène la danse.

Par Jérôme Noir, ETH Zürich

La rotation des planètes confère à leurs enveloppes fluides une dynamique particulière, c’est elle qui contraint en partie les grandes circulations atmosphériques sur Terre, sur Jupiter ou sur Saturne, c’est aussi elle qui structure en grande partie l’écoulement dans le noyau liquide ou dans les océans de subsurfaces des lunes de glaces. Derrière cette dynamique un peu étrange, parfois même un peu magique, se trouve l’accélération de Coriolis. Quand elle domine ce sont les ondes et les modes inertiels qui s’expriment, et quand ils entrent en résonnance ça fait du grabuge !
Pour cette présentation je vous invite à faire une petite géopromenade autour du thème des fluides tournants qui nous mènera de Hopkins au milieu du 19eme siècle à aujourd’hui en passant par la naissance de la fameuse équipe géodynamo, de la rotation des planètes à la croissance des dinoflagellés, le tout sur fond d’expériences de laboratoire et d’observations astronomiques.

a) CICERON (LGIT/ISTerre-1997)

c) POINCARE (ETHZ-2021)

Replay de la MasterClass

Intervention D’Henri-Claude Nataf

Intervention de Maylis Landeau

Intervention de Jérôme Noir