Un bras de fer gravitationnel au plus profond de la Terre modifie la durée du jour

La rotation de la Terre n'est pas un métronome parfait

La rotation de la Terre semble être le rythme le plus fiable de la nature, mais elle n'est pas parfaitement régulière. Les scientifiques enregistrent depuis des décennies de petits décalages dans la durée du jour, et ces changements peuvent être aussi infimes que quelques millisecondes. La plupart des gens ne les remarqueraient jamais, mais les chercheurs s'y intéressent de près, car ces mesures révèlent quelque chose de bien plus important qu'une horloge vacillante : la vitesse de rotation de la planète change.

Plusieurs causes qui se chevauchent sont déjà connues. Les variations de l'atmosphère et des océans peuvent accélérer ou ralentir légèrement la rotation. Les grands séismes peuvent déplacer des masses à la surface du globe. La fonte des glaces continentales ajoute d'énormes volumes d'eau aux océans, un autre processus susceptible de redistribuer le poids. Ces facteurs expliquent en partie les changements les plus brusques et les plus récents, mais ils ne rendent pas compte de toute la variation observée sur des périodes de plusieurs décennies.

Regarder plus profondément que le manteau

Une partie de cette variation inexpliquée semble provenir de bien plus loin sous la surface. Sous le manteau rocheux de la Terre se trouve le noyau externe, une couche d'environ 2 250 kilomètres d'épaisseur composée de métal liquide extrêmement chaud qui est en mouvement constant. Lorsque ces flux changent, ils peuvent modifier subtilement la vitesse à laquelle le reste de la planète tourne.

La difficulté a été d'expliquer comment cette influence se transmet d'une couche à l'autre. La friction entre le noyau et le manteau est trop faible pour faire le travail à elle seule, c'est pourquoi les géologues ont cherché d'autres mécanismes à l'intérieur de la planète. Une nouvelle étude publiée cette semaine dans Nature suggère qu'ils en ont peut-être trouvé un.

Un duel entre gravité et résistance

Les chercheurs proposent que la gravité du noyau interne tire la rotation dans une direction, tandis que d'autres interactions entre le noyau et le manteau exercent une poussée inverse. Sur des décennies, cette compétition pourrait produire de petites accélérations et décélérations de la rotation terrestre. L'idée repose sur le fait que le noyau interne ne tourne pas au même rythme que le reste de la planète, ce qui le laisse légèrement désaligné par rapport à certaines irrégularités de masse dans le manteau.

La gravité, cependant, œuvre à rétablir l'équilibre. Mathieu Dumberry, géophysicien à l'Université de l'Alberta qui a participé à l'étude, a déclaré dans un communiqué de presse que le noyau cherche essentiellement à être aligné. En d'autres termes, la gravité tente de ramener les couches de l'intérieur de la Terre vers un agencement plus harmonieux. Cette traction, aussi légère soit-elle, peut affecter la rotation de la surface de la planète.

Reconstituer la rotation de 1964 à 2019

Pour évaluer l'hypothèse, les auteurs ont reconstitué comment cette interaction aurait pu influencer la rotation de la Terre entre 1964 et 2019. Ils se sont appuyés sur des estimations sismiques de la rotation du noyau interne et sur des modèles des flux de métal liquide dans le noyau externe. Cette combinaison leur a permis d'examiner si le couplage gravitationnel entre les couches profondes pouvait expliquer une partie des changements de rotation observés.

Ce qui émerge n'est pas un événement dramatique unique, mais une lente accumulation. De petites poussées et tractions, répétées pendant de nombreuses années, peuvent s'additionner pour produire des décalages détectables dans la durée du jour. L'étude ne prétend pas que ce mécanisme explique toutes les variations. Elle ajoute plutôt un processus candidat à une liste croissante d'influences qui opèrent dans différentes parties du système terrestre.

Pourquoi les millisecondes comptent

Une différence de quelques millisecondes dans la durée du jour peut sembler insignifiante. Mais les mesures précises de la rotation offrent aux scientifiques une fenêtre sur l'intérieur de la planète. Le fait que la vitesse de rotation change est en soi important, et la quête pour l'expliquer a révélé combien de couches de la Terre sont connectées.

L'atmosphère, les océans, les séismes, la fonte des glaces, les flux du noyau externe et la gravité du noyau interne appartiennent tous au même système couplé. Chacun agit selon sa propre échelle de temps, et chacun peut laisser une faible signature dans la rotation de la planète. Démêler ces signatures aide les chercheurs à comprendre quelles forces dominent à quels moments et comment l'énergie et la masse se déplacent à travers la Terre.

Les nombreuses forces qui façonnent une journée

La nouvelle proposition s'inscrit dans une vision plus large de la Terre comme un monde dynamique et stratifié plutôt qu'une boule solide et statique. Les contributeurs connus et suspectés incluent :

• Fluctuations atmosphériques et océaniques : les changements dans la circulation de l'air et de l'eau peuvent légèrement accélérer ou ralentir la rotation de la planète.
• Grands séismes : ces événements peuvent redistribuer la masse à l'intérieur de la Terre, modifiant la rotation de manière infime mais mesurable.
• Fonte des glaces continentales : l'eau ajoutée aux océans modifie la distribution de la masse et peut influencer la rotation.
• Flux du noyau externe : le mouvement dans la couche de métal liquide peut changer la vitesse de rotation du reste de la planète.
• Gravité du noyau interne : l'attraction gravitationnelle entre le noyau interne et les irrégularités du manteau pourrait créer une poussée-traction à long terme qui affecte la durée du jour.

Ces mécanismes ne fonctionnent pas isolément. Un changement dans une région peut se propager à une autre, et les changements de rotation qui en résultent sont la somme de nombreux effets subtils.

Ce que l'étude résout et ce qu'elle ne résout pas

Les chercheurs estiment avoir identifié un engrenage caché dans la rotation de la Terre, et non l'ensemble du mécanisme. La manière dont les forces sont transmises depuis l'intérieur profond jusqu'à la surface est restée un mystère, et la faible friction entre le noyau et le manteau ne pouvait pas l'expliquer à elle seule. Les nouveaux travaux proposent la gravité comme courroie de transmission possible, l'attraction du noyau interne vers les irrégularités du manteau fournissant le couplage nécessaire.

La découverte est importante car elle relie des processus qui opèrent à des milliers de kilomètres de distance. Elle offre également aux scientifiques une nouvelle façon de penser les changements de durée du jour à l'échelle décennale. En même temps, l'étude n'élimine pas les rôles de l'atmosphère, des océans, des séismes ou de la fonte des glaces. Ces forces restent partie intégrante de l'explication, en particulier pour les changements plus rapides.

Pour l'instant, les jours sur Terre continueront de varier de minuscules fractions que personne ne peut ressentir. Mais ces millisecondes portent l'information d'une lutte gravitationnelle au plus profond de la planète, une lente compétition qui contribue à façonner la durée de chaque jour.

Cet article est basé sur un reportage de Wired. Lire l'article original.