Le noyau de la terre se refroidit-il ?
Bonjour,
Question à 100 balles :
Le noyau de la terre qui est fait de fer en fusion, se refroidit-il lentement ? Ou bien s'agit-il d'une réaction auto-entretenue ?
Si le noyau se refroidit, combien cela prendra t-il de temps avant que le fer ne passe à l'état solide ? Que se passera-t-il alors ?
A moins que le noyau étant dans le vide de l'espace, conserve sa température à jamais ?
Cordialement,
Bonjour.
Il y a deux causes distinctes à la chaleur interne de la Terre. A la louche, je dirais que 2/3 de cette énergie calorifique est due à la radioactivité, et 1/3 de la chaleur résiduelle à la formation de la Terre. On peut estimer que la Terre se refroidit au rythme moyen de 70° C par milliard d'années. Cela signifie que le coeur n'est pas prêt de se solidifier. Heureusement, car le magnétisme produit par les mouvements internes nous protège efficacement contre toutes les particules chargées électriquement.
Les météorites ne peuvent exister car il n'y a pas de pierres dans le ciel. Lavoisier.
Bonjour,
Pour être un peu plus précis, quoique je ne sois pas un spécialiste du noyau terrestre :
1) La chaleur (l'énergie plutôt) emmagasinée par la Terre au début de sa formation est progressivement libérée et donc la Terre se refroidit bien. Il n'y a pas, comme pour les étoiles, de mécanisme interne comme la fusion compensant toute cette perte.
2) Le terme « noyau » est ambigu : le noyau externe est une couche liquide entre la graine solide (noyau interne) et le manteau.
3) La question du temps de refroidissement du « noyau », de la cristallisation de la graine et autres sont encore au stade de la recherche scientifique notamment parce qu'il est très difficile d'obtenir des informations (mesures ou expérimentations) sur ce qui se passe à ces profondeurs.
4) Le noyau -- quel que soit ce que désigne ce terme -- n'est en aucun cas dans « le vide de l'espace » ! Il n'y a pas de « vides » dans la Terre !
@ papy-alain :
Que veut dire : « la Terre se refroidit au rythme moyen de 70° C par milliard d'années » et d'où provient cette information ?
Bonjour,
À ma connaissance, la graine (la partie solide) du noyau terrestre à moins de 1,5 milliards d'années. Voir ici :
Properties and Evolution of the Earth's Core and Geodynamo (Nimmo & Alfè)
La contribution du flux thermique terrestre dû à la radioactivité est estimé à 20,0 TW pour un flux total de chaleur de 44,2 ± 1,0 TW (soit ~87 mW/m²). Mais dans les détails, la part de la radioactivité est très mal connue (entre 11,4 et 28,8 TW dans le papier). Voir ici :
Partial radiogenic heat model for Earth revealed by geoneutrino measurements (The KamLAND Collaboration, 2011)
Pour le devenir de la graine, un peu de lecture :
On the thermal evolution of the Earth's core (Buffett et al., 1996)
- Growth model of the inner core coupled with the outer core dynamics and the resulting elastic anisotropy (Yoshida et al., 1996)
- Inner-core anisotropy and rotation (Tromp, 2001)
- Test of the innermost inner core models using broadband PKIKP travel time residuals (Cao & Romanowicz, 2007)
- The inner inner core of the Earth: Texturing of iron crystals from three-dimensional seismic anisotropy (Sun & Song, 2008)
Bon courage.
Dernière modification par Geb ; 14/11/2012 à 16h04.
voilà voilà....Envoyé par Anakinele
Les explications de Gilgamesh me paraissent convaincantes.
source :
La puissance thermique de la Terre est de 43 à 44 TW (1 TW = 1000 milliards de watt). On prendra ce chiffre pour la suite quoiqu'une étude plus recente la donne plus proche de 36 TW.
Les contributeurs sont :
1/ la radioactivité...
a) du manteau primitif : 25 TW
nota : manteau primitif = manteau actuel + croûte.
b) du noyau : 0-1 TW
2/ la libération de chaleur primordiale...
a) par refroidissement : 13,3 TW
b) par cristallisation du noyau (chaleur latente de solidification) : 2 TW
c) par liberation d'énergie gravitationnelle ('contraction' de la Terre résultant de la cristallisation) : 2,7 TW
Le refroidissement de la Terre (13,3 TW) est égal à M.C dT/dt
La masse M de la Terre étant de 6.1024 kg et sa capacité calorifique C approx. de 1000 J/kg, on peut en conclure qu'elle refroidit au rythme actuel d'environ 70°C (T moyenne) par milliard d'années.
L'accroissement de la taille de la graine solide se calcul comme :
dR/dt = dM/(4pi.rho.r²)dt
avec r graine=1221 km, rho graine = 11t/m3, l'accroissement est donc de 500 km par milliard d'années. Conclusion: elle n'est pas plus vieille que 2 Ga.
En ce qui concerne la puissance thermique on a vu que la radioactivité est le contributeur principal.
Elle a elle-même pour sous-contributeurs 4 isotopes à très longue périodes.
Dans ce qui suit :
tau : demi-vie (en milliard d'année)
h0 : énergie libérére par kg d'isotope décomposé (TJ/kg)
C0 : concentration (1e-9 kg/kg)
H : contribution actuelle (en TW) / il y a 3 Ga
238U (uranium)
-----
tau : 4,47
h0 : 19
C0 : 25,5
H :9,6 / 15,2
235U (fils de 238U)
-----
tau : 0,704
h0 : 18,2
C0 : 0,19
H : 0,4 / 8,1
232Th (thorium)
-----
tau : 14
h0 : 17,1
C0 : 103
H : 11,1 / 12,9
40K (potassium)
-----
tau : 1,25
h0 : 0,158
C0 : 32,9
H : 3,7 / 19,4
On a pu noter l'insigne faiblesse de la radioactivité du noyau dû au fait que par le plus grand des hasard les 3 éléments chimiques (uranium, thorium et potassium) responsables de la radioactivité du globe sont litophiles, c-a-d que lors d'une fusion du matériau initial, ils sont peu soluble dans la phase fer.
In addition of that, lors d'une fusion du manteau pour former le magma, ils se retrouvent préférentiellement dans la phase liquide et s'accumulent donc dans le magma pour former la croûte terrestre (océanique ou continentale). Près de la moitié de la chaleur radiogénique est donc dégagée dans la croûte, ce qui explique que le gradient thermique de la Terre est beaucoup plus fort dans les 100 premiers kilomètres.
Au départ la Terre est chaude parce que les éléments qui la forment tombent sur le globe en formation. Qui dit chute, dit libération d'énergie gravitationnelle (de la même façon qu'un verre libere sont énergie de chute en se brisant au moment de toucher le sol). Entre les chocs, la Terre a le temps de former une surface solide rocheuse très peu conductrice de chaleur : le globe serait beaucoup plus froid si c'était un globe métallique. En plus de cela, et dans la masse il integre des éléments radioactifs qui entretiennent continuellement l'apport de chaleur. Près de la moitié est aujourd'hui désintégrée, dans les premiers âge (Achéen) la chaleur radiogénique était du double de maintenant.
a+
Les météorites ne peuvent exister car il n'y a pas de pierres dans le ciel. Lavoisier.
Bonjour
Faut-il comprendre que ce qui va conditionner la fin de toute vie sur terre,
sera la solidification du manteau terrestre, plutôt que l'épuisement du carburant solaire ?
Ou bien est-ce que ces phénomènes seront concomitant ? Les ordre de grandeurs sont-il comparables ?
Je crois qu'on annonce l'épuisement du carburant solaire dans 5 milliards d'année, n'est-ce pas ?
Cordialement
Bonjour,
La durée de vie du Soleil sur la séquence principale est estimée à ~10,00 ± 0,05 milliards d'années. Le Soleil étant âgé (toujours selon le modèle) de 4,58 ± 0,05 milliards d'années, il lui reste 5,42 milliards d'années. Voir ici :
Distant future of the Sun and Earth revisited
Ce qui va conditionner la fin de toute vie sur Terre, c'est l'augmentation progressive de la luminosité solaire. Dans 5,42 milliards d'années, sa luminosité serait 1,84 fois la luminosité solaire actuelle. Cela finira par provoquer l'évaporation des océans terrestres dans l'espace. Sans eau pas de vie. Voir ici :
The life span of the biosphere revisited
Cordialement.
Quand on sait les incertitudes dans les modèles stellaires, des barres d'erreur aussi ridiculement petites font doucement sourire, quand même...~10,00 ± 0,05 milliards d'années.
N'empêche que le modèle prédit 4,58 milliards d'années pour l'âge actuel du Soleil :
Je ne vois pas le problème. C'est justement tout l'intérêt d'une approche purement "informatique" du problème.The resulting solar evolution model suggests an age of the present-day MS Sun of 4.58 Gy (±0.05 Gy), counted from its zero-age MS start model, which is well within the range of commonly accepted values for the real age of the Sun and the solar system (e.g. Sackmann et al. 1993). Our model also confirms some well-established facts: [...]
Il se pourrait également que j'ai tout simplement mal interprété le papier et qu'ils ne prennent les résultats du modèle pile à 10,00 que pour donner une espèce "d'instantané" de l'état du Soleil à 10,00 sans se préoccuper de la fin de la séquence principale qui adviendrait légèrement plus tard...
Cordialement.
Dernière modification par Geb ; 15/11/2012 à 09h29.
Les codes d'évolution stellaires sont calibrés pour reproduire les caractéristique du Soleil à l'âge du Soleil, estimé par d'autres moyens.
De plus, je t'assure que si un code d'évolution stellaire dit "une étoile de 1 masse solaire à une séquence principale de 10.00 +/- 0.05 Gyr", un autre code d'évolution stellaire (avec un traitement de la physique interne différent, la prise en compte d'autres phénomènes, etc...) donnera 10.2 +/- 0.07 Gyr, et un 3ème 9.86 +/- 0.03.
Je veux juste signaler que ces barres d'erreurs sont exagérément optimistes, et que 5% d'incertitude serait déjà un miracle.
PS. Je ne pense pas que tu aies mal interprété le papier, mais il ne concerne évidemment qu'un seul code d'évolution stellaire.
Dernière modification par Calvert ; 15/11/2012 à 09h33.
J'ajoute que si tu as des données plus précises sur "les incertitudes dans les modèles stellaires", je serais ravi d'en prendre connaissance.
Puis les derniers résultats en matière de cosmochimie des météorites et autres comètes (CAI's et RMN's notamment) ont des incertitudes de mesures sur les âges qui laissent rêveur...
Ça me pousse à croire qu'on à quand même beaucoup plus de données dans le cas du Soleil pour contraindre nos modèles. Ce qui expliquerait un tel degré de précision. Le modèle que je cite (Schröder & Smith) date de 2008. Peut-être en connais-tu de plus récents encore?
Cordialement.
Je suppose tout de même qu'il n'est pas nécessaire d'atteindre le bout du bout de la séquence principale pour voir toute vie disparaître sur Terre.
Les météorites ne peuvent exister car il n'y a pas de pierres dans le ciel. Lavoisier.
@ papy-alain :
Ok, je comprends mieux d'où sortent ces 70°C/Gyr. Ceci dit et sans vouloir pinailler, je m'interroge sur la précision des valeurs utilisées... Le livre date d'il y a 7 ans et dans ce domaine je crois savoir que les incertitudes sont grandes. Mais au moins la référence de Gilgamesh semble plutôt sérieuse !
Tout à fait. Le modèle de Caldeira & Kasting ("The life span of the biosphere revisited") estimait cette durée à 1,5 ± 0,2 milliards d'années. Mais de leur propre aveux, il avait plein de limitations. Il était entre autre géostatique et ne tenait pas compte de la longue période de progression de la couverture nuageuse dû à l'évaporation.
Il y a eu de nombreux autres modèles depuis. Pour la plupart inspirés de celui de Caldeira & Kasting (1992). D'ailleurs, certains auteurs de modèles plus récents ne cachent pas une discussion extensive avec le célèbre Kasting pour l'amélioration de leurs modèles.
J'ai justement lu deux papiers à ce sujet hier (je cherchais une estimation de la quantité d'eau à la surface de la Terre il y a ~4,3 ± 0,1 milliards d'années) :
- Reduction of biosphere life span as a consequence of geodynamics (Franck et al., 2000)
- The fate of Earth's ocean (Bounama et al., 2001)
Cordialement.
Dernière modification par Geb ; 15/11/2012 à 09h58.
Avec un autre code d'évolution stellaire, pouvant inclure les effets de la rotation (ce que ne propose pas le papier que tu cites), on peut trouver des valeurs comme :
modèles sans rotation :
âge actuel : 4.58 Gyr (par calibration)
durée séquence principale : 8.55 Gyr
modèles avec rotation :
durée séquence principale : 8.87 Gyr
Ca fait un écart de 300 Myr entre des modèles similaire incluant ou pas la rotation (et on ne sait pas à quelle vitesse le Soleil tournait initialement), sans parler d'une différence de plus de 10% par rapport aux modèles cités précédemment.
Et ce n'est qu'un exemple.
Merci beaucoup pour ces précisions. Je suppose qu'en tant que spécialiste, tu serais capable de juger de la qualité d'un modèle par rapport à un autre. Ce dont je suis malheureusement incapable.
Au moins, comme le dit papy-alain, la disparition de toute vie terrestre ne concernerait pas la période approchant la fin de la séquence principale, mais celle bien avant cela (vraisemblablement < ~2 Ga dans le futur).
Cordialement.
Dernière modification par Geb ; 15/11/2012 à 10h09.
Disons qu'en l'état actuel, le traitement de plusieurs phénomènes physique dans les étoiles est ultra-simplifié et empirique (c'est le cas des phénomènes éminemment multi-D comme la convection ou la rotation, qui sont traité en 1D dans les codes d'évolution stellaire). Du coup, ça laisse toute une série de paramètres libres, qui sont calibrés sur différentes observables (l'âge du Soleil via l'âge de la Terre, le composition solaire, la luminosité et la température du Soleil, les populations stellaires, etc...) Ca laisse de la marge, et ça explique les différences entre les codes.Merci beaucoup pour ces précisions. Je suppose qu'en tant que spécialiste, tu serais capable de juger de la qualité d'un modèle par rapport à un autre. Ce dont je suis malheureusement incapable.
D'autres incertitudes proviennent des taux de réaction nucléaire, des opacités, de l'équation d'état, ...
Vous arrivent-ils, entre chercheurs, de vous dire "tel ou tel modèle est le plus satisfaisant à l'heure actuelle" ? Ou êtes-vous toujours incapables de donner ce titre à un modèle en particulier peu importe lequel à cause d'un phénomène particulièrement mal connu/compris (tu parles notamment de convection/rotation) ?
Y a t-il eu des modèles qu'on peut qualifier de "grande avancé" dans le domaine de l'étude de l'évolution stellaire (je parle ici du Soleil uniquement) ?
Par exemple, j'imagine que depuis 1957 (B2HF), les incertitudes sur les taux de réactions nucléaires sont devenus plus que satisfaisant et qu'il ne s'agit pas là du point d'achoppement le plus fâcheux, non ?
Si tel est le cas, serais-tu capable de désigner un modèle en particulier qui aurait ta préférence ?
Ça me fait penser à une grande polémique/critique au sujet des incertitudes sur la durée de vie d'un neutron hors du noyau atomique. Si je me souviens bien, certains chercheurs ont été assez vindicatifs, en pointant du doigt le fait que les incertitudes de mesures étaient systématiquent et incroyablement sous-évaluées. À tel point que les deux grandes techniques donnaient des résultats dont les incertitudes de mesures excluaient presque les valeurs (incertitudes comprises) estimées par la technique "concurrente".Si ma mémoire ne me fait pas défaut évidemment.
Il me semble que c'était en 2008 ou 2009. Je crois me souvenir d'avoir lu un article de presse ou peut-être une publication à ce sujet. Seulement, je suis incapable de la retrouver pour l'instant...
Cordialement.
Dernière modification par Geb ; 15/11/2012 à 10h27.
De l'avis général, actuellement, on est convaincu que la rotation joue un rôle décisif en évolution stellaire. Il y a cependant plusieurs formulations différentes, qui fournissent des résultats différents. Appliqué au Soleil, l'implémentation "standard" de la rotation fournit des résultats sur la rotation interne du Soleil qui sont contredits par les mesures astérosismiques.
Une solution pourrait être le champ magnétique. Ou des ondes internes qui changerait la rotation. Aucun modèle stellaire actuellement ne reproduit en détail toutes les observations disponibles pour le Soleil.
Il n'y a pas vraiment de consensus actuellement. Certains codes reproduisent très bien certains aspects, et pas d'autres, etc... Il faut admettre que le Soleil est "en gros" à la moitié de sa vie (9 Gyr), avec une incertitude de 10%.
Et aucun moyen de départager ces formulations entre elles ? À te lire on dirait qu'on a juste de quoi dire que toutes sont mauvaises.
C'est amusant de voir que tous les chercheurs francophones finissent un jour ou l'autre par parsemer leurs discours d'anglicismes. C'est à ça qu'on les reconnaît.
Encore une fois, c'est quand même rageant d'avoir une technique aussi puissante que l'astérosismologie et de se rendre compte qu'elle contredit tous les modèles préexistants sans fournir une piste pour modéliser tout ça. À moins que j'interprète mal tes propos.
En tout cas, je ne peux m'empêcher de remarquer que malgré les progrès, on se frotte là à des phénomènes largement non-linéaires. Ça me fait penser au CFD (computational fluid dynamics) dans le domaine de l'hypersonique, où au début des années 1980 on nous disait qu'on pourrait modéliser le flux d'air du sol (à l'arrêt) jusqu'à la vitesse orbitale (~Mach 25) et aujourd'hui, 30 ans plus tard (avec des supercalculateurs pourtant ~1 million de fois plus rapides), on nous dit que ce sera peut-être possible dans 30 ou 40 ans, si on met quelque dizaines de milliards d'euros de plus dedans d'ici là.
Il est donc impossible de concilier en un seul les qualités des modèles décrivant bien tel ou tel aspect ? Ou c'est simplement une affaire de puissance de calcul ? Aussi, s'il faut dix ans pour écrire un tel code, peut-être que peu de gens s'y risquerait une bonne partie de leur carrière...
Cordialement.
Dernière modification par Geb ; 15/11/2012 à 10h55.
Non, parfois, on améliore certains points en régressant dans certains autres en ajoutant un seul effet physique.Il est donc impossible de concilier en un seul les qualités des modèles décrivant bien tel ou tel aspect ?
L'idéal serait de passer à des simulations 3d (qui ont malheureusement aussi leur défauts...). Le problème, c'est que si l'on veut être réaliste, il faut suivre des phénomènes extrêmement rapides (convection, turbulence, qui ont des échelles de temps de quelques jours), ainsi que d'autres extrêmement lents (la fusion de l'hydrogène pendant la séquence principale, ordre de grandeurs du million au milliard d'année). Personne ne sait faire ça actuellement (tant d'un point de vue technique que des moyens pour le faire). Les plus longues simulations actuelles sont très loin de s'approcher des temps évolutifs d'une étoile.Ou c'est simplement une affaire de puissance de calcul ?
L'évolution stellaire en est à un point où les grandes lignes sont bien comprises. Cependant, les nouvelles techniques d'observation et de diagnostic (hélio/astérosismologie, interférométrie, mesures précises des abondances, des vitesses de rotation, ...) ont amené durant ces dernières années de grandes quantités de contraintes supplémentaires qui font que les détails ne sont pas (et de loin) au point.
C'est pour ça que j'ai tiqué sur des barres d'erreur à 5 millièmes. Je pense que 10% est largement plus réaliste.
Je te remercie pour tes commentaires.
J'en conviens, mais j'ai une impression étrange avec l'intégration des phénomènes 3D que tu as évoqué.
C'est comme si les intégrer aux modèles existants multipliait par 100 les barres d'erreur. À tel point que le modèle devient complètement incohérent avec les modèles précédents tant les phénomènes de convection/turbulence/rotation sont difficilement intégrables au modèle (pour tout un tas de raisons).
Cordialement.
Dernière modification par Geb ; 15/11/2012 à 11h39.
Nous ne serions pas entrain de bruler le carburant du noyaux terrestre en brulant tout le pétrole exploitable de la planète!
Non, il n'y a aucun rapport entre les deux.
Le noyau terrestre se situe 2900 km sous nos pieds, sous le manteau terrestre. C'est la structure de la Terre la plus profonde. La chaleur du noyau provient essentiellement de la chaleur initiale de la formation de la Terre.
Le pétrole ou de gaz ce sont des roches sédimentaire cad qu'elles se forment dans les enveloppes superficielles de la Terre.
Les réservoir exploités se situent entre 0,6 et 8 km de profondeur.
Dernière modification par Gilgamesh ; 29/03/2015 à 12h14.
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