Pourquoi le noyau de la Terre est-il chaud ?

[andretou]

Bonjour à tous
Je souhaiterais comprendre pourquoi le centre de la Terre est chaud.
En particulier, est-ce dû :
- à la pression du manteau sur le noyau ?
- ou à une variation de la pression du manteau sur le noyau ?
Merci d'avance pour vos réponses
-----

[penthode]

c'est de l'énergie de fission des noyaux lourds...

gogol répond en 5 secondes .

il faut chercher un peu !

https://www.emse.fr/~bouchardon/ense...0Letellier.htm

[Tawahi-Kiwi]

c'est de l'énergie de fission des noyaux lourds...

pas seulement, en fait pour le noyau, ce n'est pas la source de chaleur dominante (environ 5% car uranium, thorium et potassium sont peu present).
70% par chaleur primordiale obtenue a l'accretion, 10% grace a la chaleur latente de cristallisation du noyau externe (liquide) et 15% par energie gravitationelle obtenue par la contraction du noyau interne (solide).

Pour le manteau (ou la Terre dans son entierete), la radioactivite devient la source de chaleur dominante.


Gilgamesh repose frequemment une reponse qu'il a donne il y a plus de 10 ans et qui reste correcte:

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.

[andretou]

Merci pour ces informations !
J'ai encore une question : que signifie "15% par énergie gravitationnelle obtenue par la contraction du noyau interne (solide)" ?
Cela signifie-t-il que ma propre masse participe (modestement !) au réchauffement du noyau ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tawahi-Kiwi]

J'ai encore une question : que signifie "15% par énergie gravitationnelle obtenue par la contraction du noyau interne (solide)" ?
Cela signifie-t-il que ma propre masse participe (modestement !) au réchauffement du noyau ?

Non, cela concerne uniquement le noyau. Son refroidissement entraine une contraction, de l'energie potentielle est donc liberee sous forme de chaleur.

A l'heure actuelle, c'est un phenomene mineur dans la production de chaleur, mais lors de la formation du noyau il y a 4,4 milliards d'annees, cela a fourni une quantite tres importante de chaleur (ainsi que d'autres facteurs comme la desintegration radioactive d'isotopes de courtes durees). Le fer (et le nickel) etaient melange au reste de la Terre (essentiellement le manteau) en une masse homogene chondritique (comme la plupart des meteorites). Lorsque le fer a migre vers le centre, c'est une masse tres importante qui a perdu son energie potentielle, liberee sous forme de chaleur pour participer a la fusion complete du noyau (qui a commence a cristallise quelques centaines de millions d'annees plus tard)


Credit: Nancy Chabot

T-K

[andretou]

Encore merci !

[Mickey-l.ange]

Bonjour,

L'effet de marée de la lune ne joue pas du tout ?

Et d'ailleurs, pourquoi dans le même temps la lune s'est-elle entièrement refroidie ?

[invite44510b00]

Et d'ailleurs, pourquoi dans le même temps la lune s'est-elle entièrement refroidie ?

D'où sort cette affirmation ? Il est généralement admis qu'une partie du noyau lunaire (qui est supposé être très petit) est toujours à l'état fondu.

https://arxiv.org/abs/gr-qc/0412049

[Tawahi-Kiwi]

L'effet de marée de la lune ne joue pas du tout ?

Si, mais il est negligeable compare aux autres sources de chaleur

Et d'ailleurs, pourquoi dans le même temps la lune s'est-elle entièrement refroidie ?

Elle est plus petite, donc surface/volume est beaucoup plus important, entrainant un perte de chaleur plus accrue. L'effet de maree terrestre est quasi nul car elle est maintenant synchrone.
La radioactivite mantellique & crustale n'est pas fondamentalement differente de la Terre, mais a elle seule, insuffisante pour creer l'activite magmatique que l'on voit sur Terre.

Elle n'est donc pas completement refroidie (le flux "selenothermique" est de 10 mW/m² compare a la Terre qui est 92 mW/m²) et a l'occasion (a l'echelle geologique evidemment), on peut sans doute toujours voir du volcanisme: https://www.nature.com/articles/ngeo2252

T-K

[Tawahi-Kiwi]

D'où sort cette affirmation ?

Encore faut-il definir "entierement refroidie" car un noyau liquide sur la Lune, c'est quand meme 4000ºC plus froid que sur Terre

T-K

[Mickey-l.ange]

Merci pour vos réponses.

D'où sort cette affirmation ? Il est généralement admis qu'une partie du noyau lunaire (qui est supposé être très petit) est toujours à l'état fondu.

L'absence d'activité volcanique perceptible sur la lune m'avait trompé.