À la recherche de l’origine du champ magnétique terrestre

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Les spécialistes de la Terre savent à peu près comment est constitué notre planète sous la croute terrestre, le plancher des vaches, mais dans le détail c’est l’inconnu et il n’y a pas vraiment d’outils pour arriver à expliquer ce qui se passe intimement à 1000 voire 10000 kilomètres de profondeur. L’hypothèse de l’existence du champ magnétique terrestre est que la différence de flux de magma plus ou moins visqueux lors de la rotation de la Terre provoquerait un effet dynamo mais ce n’est qu’une hypothèse et les études sismiques n’apportent pas d’informations précises selon la profondeur sur ces flux de matière. Pour tenter d’y voir un peu plus clair il y a une approche consistant à déterminer l’origine des neutrinos d’origine terrestre, plus précisément les antineutrinos électroniques. Ces particules virtuellement sans masse sont issues de la fission de l’uranium (235, et 238 après capture d’un neutron), du thorium également après capture d’un neutron et enfin du potassium-40, les trois constituants radioactifs naturels de la Terre. Dans la suite de ce texte le terme « neutrino » sera seulement utilisé bien qu’il s’agisse d’une erreur de langage.

Détecter ces neutrinos est déjà une opération connue et mise en place dans le laboratoire sous-terrain du Gran Sasso en Italie et du Kamiokande au Japon. Cette détection repose sur l’analyse des rayonnements provoqués par la collision entre un neutrino et un noyau atomique, un évènement rare mais observable. Or pour explorer les mouvements du magma qui se trouve sous nos pieds il faudrait pouvoir déterminer l’origine exacte de ces neutrinos dans les profondeurs terrestres. Pour l’instant il n’existe aucun système de détection capable de préciser avec certitude la direction d’origine des neutrinos. De plus la situation est compliquée pour l’observateur par le fait que d’autres neutrinos proviennent du Soleil qui en émet un million de milliards de milliards chaque seconde dans toutes les directions et donc aussi vers la Terre, qu’il existe également des neutrinos provenant du centre de notre galaxie et enfin des neutrinos provenant des réacteurs des centrales nucléaires.

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Fort heureusement tous ces neutrinos n’ont pas la même énergie et ceux émis par les centrales nucléaires peuvent être localisés puisque l’on sait où elles se trouvent et avec quel type de combustible elles fonctionnent. Une centrale nucléaire d’une puissance thermique nominale de 4000 MW ne produit en réalité que 1200 MW électriques (le rendement déplorable d’une machine thermique classique) mais la réaction de fission à l’intérieur du réacteur a en réalité une puissance de 4185 MW thermique car 185 MW d’énergie de fission (4,5 % du total) sont dissipés sous forme de neutrinos qui partent dans la nature et dans toutes les directions. Pour détecter les neutrinos issus des profondeurs de la Terre afin de se faire une idée des mouvements de matière à l’origine du champ magnétique terrestre il fallait trouver un système de détection plus sélectif que ceux du Gran Sasso et du Kamiokande car il est admis que le flux continu de chaleur à la surface de la Terre représente 47 TW ou encore 47 millions de mégawatts dont une grande partie (40 %) provient de la chaleur dégagée par les fissions de l’uranium, du thorium et du potassium terrestres. En réalité la Terre est un gros réacteur nucléaire et nous vivons tous dessus sans protection spéciale et sans être malades pour autant …

Trois scientifiques partageant leurs activités entre le CERN, le Kamiokande (KEK) et le MIT ont donc proposé un nouveau type de détecteur qui serait susceptible de déterminer avec une précision satisfaisante la direction d’origine des neutrinos terrestres et leur énergie pour éventuellement réunir quelques éléments d’information sur les mouvements massifs de magma plus ou moins liquide dans les profondeurs de la Terre autour du noyau solide constitué de nickel et de fer. J’avoue que je ne suis pas du tout spécialiste de ce domaine de la géophysique mais il me paraît intéressant de noter que la curiosité humaine permettra peut-être d’en savoir un petit peu plus sur ce qui se passe sous nos pieds alors que certains envisagent d’aller coloniser la planète Mars …

Source et illustration : Nature, doi : 10.1038/ncomms15989