Simulations chinoises suggèrent un état superionique pour le noyau interne terrestre

Le noyau interne de la Terre, une sphère de fer et de nickel d'environ 2 500 kilomètres de rayon, pourrait abriter de la matière dans un état superionique, une phase physique extrême induite par les hautes pressions et températures régnant au centre de la planète. Cette condition exotique est comparée à la glace superionique, un état théorisé pour les noyaux des géantes gazeuses comme Uranus et Neptune.

Des scientifiques de l'Académie chinoise des sciences (CAS) ont mené des recherches basées sur des modélisations informatiques sophistiquées, utilisant les principes de la mécanique quantique pour recréer les contraintes du centre terrestre. Ces simulations indiquent que les alliages de fer, lorsqu'ils sont mélangés à des composants légers tels que l'hydrogène, l'oxygène et le carbone, basculent vers cet état superionique. Dans cette configuration, les atomes légers présentent une mobilité quasi-liquide, se déplaçant librement au sein d'un réseau cristallin de fer maintenu à l'état solide.

Le géophysicien Yu He, qui dirige l'équipe de recherche à la CAS, a qualifié cette structure proposée de « tout à fait anormale ». Ce modèle superionique fournit une explication potentielle à la vélocité des ondes de cisaillement observée par sismologie, qui est inférieure aux prévisions pour un fer purement solide, justifiant ainsi la relative « mollesse » du noyau interne. De plus, cette structure pourrait éclaircir les évolutions structurales au fil du temps géologique et potentiellement clarifier le mécanisme des courants de convection alimentant le champ magnétique terrestre.

L'analyse des ondes sismiques, notamment les ondes S (cisaillement) qui ne se propagent pas dans les milieux liquides, est fondamentale pour comprendre la structure interne. Les ondes S sont arrêtées par le noyau externe liquide, mais leur vélocité ralentie lorsqu'elles traversent le noyau interne est précisément ce que le modèle superionique tente d'expliquer par le mouvement libre des éléments légers dans la matrice de fer. Bien que la validation expérimentale directe dans ces conditions extrêmes reste hors de portée technologique, cette hypothèse bénéficie de la confirmation expérimentale antérieure de la glace d'eau superionique réalisée par des physiciens américains du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en 2018.