Au cœur de la Terre, cette force est en train de dérégler la durée des journées

Dans les profondeurs de notre planète, les échanges entre le manteau et le noyau terrestre font varier la vitesse de rotation de la Terre, et donc la durée des journées, qui ne font pas toujours exactement 24 heures. Une étude publiée dans Nature le 23 septembre attribue l’essentiel de ces variations, sur plusieurs décennies, à l’attraction gravitationnelle du noyau interne.

C’est une chose que l’on apprend assez tôt à l’école : une journée dure très exactement 24 heures. Si les durées du jour et de la nuit varient de manière très visible, les aiguilles des montres, elles, font le tour de leur cadran en suivant un rythme régulier qui n’est pas appelé à changer.

Pourtant, tout n’est pas si simple. On sait que la rotation de la Terre sur elle-même, qui détermine cette durée de 24 heures, peut varier sous l’effet de plusieurs phénomènes. Il s’agit parfois de tremblements de terre si violents qu’ils perturbent la rotation de la planète. Ou encore de la Lune qui, en provoquant des forces de marées, peut ralentir ou accélérer ce rythme, ce qui a d’ailleurs tendance à rallonger les journées de quelques millisecondes par siècle alors que notre satellite s’éloigne de nous.

Tout se joue à des milliers de kilomètres sous terre

Mais il y a également une autre force moins connue : l’interaction entre le manteau et le noyau terrestre. Dans une étude parue le 23 septembre dans la revue Nature, et repérée par le site Popular Mechanics, deux physiciens de l’université de l’Alberta (Canada), la doctorante Huifeng Zhang et le professeur Mathieu Dumberry, ont cherché à savoir de quelle manière ces phénomènes influençaient la rotation terrestre, et donc la durée d’une journée.

Une partie de ces échanges se joue à la frontière entre le manteau inférieur terrestre et le noyau externe, à environ 2 900 kilomètres de profondeur. Ici, la base du manteau, pourtant solide, conduit l’électricité, et les mouvements du métal liquide du noyau, juste en dessous, y exercent une force électromagnétique. Selon l’étude, cette force freine surtout les variations de la durée du jour, sans en être le moteur principal.

Pour en savoir plus sur les forces en question, les chercheurs ont combiné deux séries de données couvrant la période 1964-2019 : la rotation du noyau interne, reconstituée grâce aux ondes sismiques, et les courants du noyau externe, déduits des variations du champ magnétique terrestre. Ces données leur ont permis de reconstituer les forces de rotation que le noyau exerce sur le manteau, autrement dit la quantité de mouvement de rotation (le moment cinétique) que les deux couches s’échangent. Pour faire simple, l’idée était de mesurer à quel point les mouvements du noyau influencent la rotation du manteau.

Le déséquilibre perturbe les 24 heures

Grâce à cela, ils ont pu estimer comment ces forces modifient la durée d’une journée sur plusieurs décennies. Sous l’effet de ces interactions, le noyau interne, peu visqueux selon l’étude, se déforme légèrement en quelques années à peine, ce qui modifie l’attraction qu’il exerce sur le manteau et accélère ou ralentit la rotation de la Terre.

Dans le détail, lorsque les courants du noyau externe filent vers l’ouest à la frontière avec le manteau, ils exercent sur celui-ci un couple (une force qui fait tourner, torque en anglais) orienté vers l’ouest. En parallèle, le noyau interne, qui tourne légèrement plus vite que le manteau, se décale vers l’est. Son léger renflement (un relief de 11 à 29 mètres seulement, d’après les calculs des chercheurs) n’est alors plus aligné avec les masses du manteau, et la gravité rééquilibre le tout progressivement, permettant aux différentes couches de se réaligner, jusqu’à la prochaine poussée exercée par les fluides.

Le déséquilibre temporaire modifie ainsi la durée d’une journée, de manière imperceptible, puisqu’on parle de quelques millisecondes tout au plus et qui doivent être mises en parallèle avec d’autres phénomènes (vents de l’atmosphère, océans, séismes, Lune, etc.).

Malgré tout, ce type d’étude aide à comprendre les variations de la rotation terrestre d’une décennie à l’autre. Nos montres n’en sentiront rien, mais les résultats renseignent sur des régions que personne ne peut observer directement. Ils plaident notamment pour une couche riche en fer, épaisse de quelques kilomètres, à la base du manteau.

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