Même s'il fait plus chaud que la surface du Soleil, le noyau de fer cristallisé de la Terre reste solide. Une nouvelle étude du KTH Royal Institute of Technology en Suède pourrait enfin régler un débat de longue date sur la façon dont cela est possible, ainsi que pourquoi les ondes sismiques se déplacent à des vitesses plus élevées entre les pôles de la planète qu'à travers l'équateur.

Tournant dans le noyau en fusion de la Terre, une boule de cristal – en fait une formation massive de fer cristallisé presque pur – presque de la taille de la lune. Comprenant cet étrange, caractéristique inobservable de notre planète dépend de la connaissance de la structure atomique de ces cristaux - quelque chose que les scientifiques essaient de faire depuis des années.

Comme pour tous les métaux, les structures cristallines à l'échelle atomique du fer changent en fonction de la température et de la pression auxquelles le métal est exposé. Les atomes sont emballés dans des variations de cubes, ainsi que des formations hexagonales. A température ambiante et pression atmosphérique normale, le fer est dans ce qu'on appelle une phase cubique centrée (BCC), qui est une architecture cristalline avec huit points d'angle et un point central. Mais à très haute pression, les structures cristallines se transforment en formes hexagonales à 12 points, ou une phase compacte (HCP).

Au cœur de la Terre, où la pression est 3,5 millions de fois supérieure à la pression de surface - et les températures sont d'environ 6, 000 degrés plus haut – les scientifiques ont proposé que l'architecture atomique du fer soit hexagonale. L'existence de fer BCC au centre de la Terre a été débattue au cours des 30 dernières années, et une étude récente de 2014 l'a exclu, arguant que BCC serait instable dans de telles conditions.

Cependant, dans une étude récente publiée dans Géosciences de la nature , des chercheurs de KTH ont découvert que le fer au cœur de la Terre est en effet en phase BCC. Anatoli Belonochko, chercheur au département de physique de KTH, dit que lorsque les chercheurs ont examiné de plus grands échantillons de fer que ceux étudiés précédemment, caractéristiques du fer BCC qui étaient censées le rendre instable ont fini par faire exactement le contraire.

"Dans des conditions dans le noyau de la Terre, Le fer BCC présente un schéma de diffusion atomique jamais observé auparavant, ", dit Belonoshko.

Belonoshko dit que les données montrent également que le fer pur représente probablement 96% de la composition du noyau interne, avec du nickel et éventuellement des éléments légers.

Leurs conclusions sont tirées de laborieuses simulations informatiques réalisées à l'aide de Triolith, l'un des plus gros supercalculateurs suédois. Ces simulations leur ont permis de réinterpréter des observations recueillies il y a trois ans au Livermore Lawrence National Laboratory en Californie. "Il semble que les données expérimentales confirmant la stabilité du fer BCC dans le noyau étaient devant nous - nous ne savions tout simplement pas ce que cela signifiait vraiment, " il dit.

À basse température, le BCC est instable et les plans cristallins glissent hors de la structure idéale du BCC. Mais à haute température, la stabilisation de ces structures commence un peu comme un jeu de cartes - avec le brassage d'un "jeu". Belonoshko dit que dans la chaleur extrême du noyau, les atomes n'appartiennent plus aux plans en raison de la grande amplitude du mouvement atomique.

"Le glissement de ces avions, c'est un peu comme mélanger un jeu de cartes, " explique-t-il. " Même si les cartes sont placées dans des positions différentes, le pont est toujours un pont. De même, le fer BCC conserve sa structure cubique."

Un tel brassage conduit à une énorme augmentation de la distribution des molécules et de l'énergie - ce qui conduit à une augmentation de l'entropie, ou la distribution des états d'énergie. Cette, à son tour, rend le BCC stable.

Normalement, la diffusion détruit les structures cristallines en les transformant en liquide. Dans ce cas, la diffusion permet au fer de conserver la structure du BCC. "La phase BCC a pour devise :'Ce qui ne me tue pas me rend plus fort', " Belonoshko dit. " L'instabilité tue la phase BCC à basse température, mais rend la phase BCC stable à haute température."

Il dit que cette diffusion explique aussi pourquoi le noyau de la Terre est anisotrope, c'est-à-dire il a une texture directionnelle - comme le grain du bois. L'anisotropie explique pourquoi les ondes sismiques se déplacent plus rapidement entre les pôles de la Terre, que par l'équateur.

"Les caractéristiques uniques de la phase Fe BCC, comme l'autodiffusion à haute température même dans un fer solide pur, pourrait être responsable de la formation de structures anisotropes à grande échelle nécessaires pour expliquer l'anisotropie du noyau interne de la Terre, " dit-il. " La diffusion permet une texturation facile du fer en réponse à n'importe quel stress. "

La prédiction ouvre la voie à la compréhension de l'intérieur de la Terre et éventuellement à la prédiction de l'avenir de la Terre, dit Belonoshko. "Le but ultime des Sciences de la Terre est de comprendre le passé, présent et futur de la Terre - et notre prédiction nous permet de faire exactement cela."