1 000 °C plus chaud que prévu au centre de la Terre

[Invité Julie Charland]

Bonjour à tous

 

 

La température au centre de la Terre varierait entre 3800 °C et 5500 °C pouvant même atteindre les 6000 °C. Cela représente 1 000 °C de plus que prévu.

 

 

 

De ce lien : http://www.radio-canada.ca/nouvelles/science/2013/04/26/001-terre-temperature-noyau.shtml

 

 

 

 

J'ai quelques questions :

 

 

1) Comment la chaleur du noyau permet d'entretenir le champ magnétique terrestre ;

 

2) Pourquoi le fer dans le noyau est liquide mais que la graine (la partie la plus profonde du noyau) , elle, est solide et qu'elle grossit ;

 

3) Selon cette phrase ''Donc, pour connaître la température dans le noyau terrestre, il suffit de savoir la température de fusion du fer à 330 gigapascals'', la température du noyau terrestre serait celle de la fusion du fer. Mais comme la graine est solide, sa température n'est pas celle de la fusion du fer ;

 

4) Comment un élément solide (le fer dans la graine du noyau terrestre) peut-il être plus chaud qu'à son état liquide en fusion ? Si on compare à l'eau, par exemple, elle est plus froide à l'état solide qu'à l'état liquide.

 

5) Dans le noyau, la pression est supérieure à 1 million d'atmosphères (100 gigapascals). Avec quelle technologie les chercheurs ont pu comprimer, avec une pression de 2 millions d'atmosphères, des grains de fer entre des pointes de diamant ?

 

6) Il me semble qu'il doit y avoir une limite à la résistence du diamant ? Alors, comment a-t-il pu résister à l'expérience qui consistait à chauffer le fer jusqu'à des valeurs de 4800 °C et 2,2 millions d'atmosphères ?

 

 

 

Pour ceux que ça intéressent, l'expérimentation s'est faite avec du diamant !

 

 

Merci par avance pour vos explications

[jarnicoton]

C'est sans référence à ma scolarité, simplement sur le base d'accumulation de lectures, que je pourrais répondre ; il faut cette étude ; on ne peut pas y couper et espérer comprendre les phénomènes astrophysiques et diversement physiques sans cela (c'est le "il n'y a pas de voie royale" d'Archimède) ; on ne peut alors que poser des questions sur des sujets décousus et n'obtenir que des réponses fragmentaires tout aussi décousues qui ne mènent pas à en savoir plus sur le fond, c'est-à-dire à pouvoir ensuite extrapoler l'appris à une autre question.

 

Exemple : gamin, je suis tombé sur un diagramme de distribution d'un moteur à quatre temps : cercles découpés en secteurs angulaires, AOA, RFA, RFE... et j'ai voulu en comprendre le sens et me suis adressé à un homme de l'art. Il m'a demandé si pour commencer j'avais une idée à peu près claire, purement qualitative, du principe général cycle à quatre temps. Devant ma réponse négative, il m'a déclaré être au regret de devoir me prier d'étudier cela d'abord.

 

http://fr.wikipedia.org/wiki/Diagramme_de_phase

Modifié 27 avril 2013 par jarnicoton

[Hoshibang]

http://www2.cnrs.fr/sites/communique/fichier/cp_noyau_science_26042013.pdf

 

Il y a peut être des éléments de réponse dans ce document.

[Jean-ClaudeP]

Réponse aux questions 2) et 4).

Lorsqu'un corps pur admet 3 états vapeur, liquide et solide, le passage d'un état à l'autre dépend non seulement de la température mais aussi de la pression. Les relations entre ces états sont données par ce qu'on appelle un diagramme de phase.

Regarde ce site :

Techno-science

Vois le diagramme de phase en couleur.

En gros pour un état donné, par exemple solide, on ne peut maintenir cet état donné, si la pression augmente, qu'en augmentant la température.

Ce qui répond à tes questions 2) et 4).

En effet, pour une température donnée, par exemple de 6000°, le fer sera liquide jusqu'à une certaine pression, au delà, il sera solide ce qui pourait être le cas au centre de la terre ou la pression est plus forte qu'à la périphérie.

[Hoshibang]

Peut-on considérer que la pression joue un rôle d'abaissement de la température? Ou sont elles simplement deux variables distinctes influant sur l'état d'un élément?

Je pense par analogie aux procédés de liquéfaction des gaz en industrie pour lesquels une forte pression est utilisée afin de ne pas reproduire les conditions de températures extrêmes nécessaires à certains éléments pour passer de l'état de gaz à l'état liquide.

 

La dynamique présente dans le noyau externe (partie encore liquide du noyau) créeraient selon certaines théories le champ magnétique terrestre.

Est ce que ce mouvement de dynamique accroit la pression sur la couche inférieure à savoir la graine, et ainsi la solidifie?Si non qu'est ce qui crée une telle pression à partir du 'point critique' (la fameuse limite entre deux états).

Modifié 27 avril 2013 par Hoshibang

[Jean-ClaudeP]

Peut-on considérer que la pression joue un rôle d'abaissement de la température? Ou sont elles simplement deux variables distinctes influant sur l'état d'un élément?

Je n'ai jamais entendu dire que la pression jouait un rôle d'abaissement de température mais plutôt la seconde partie de ta phrase. Ceci dit, certaines interprétations le disent peut-être. Je ne suis pas un spécialiste en thermodynamique.

 

Si non qu'est ce qui crée une telle pression à partir du 'point critique' (la fameuse limite entre deux états).

je pense que c'est la gravitation sur les couches supérieures de la terre qui crée la pression sur les couches profondes et cette pression est d'autant plus grande que les couches sont plus profondes. Si on considère la température constante à partir d'une certaine profondeur, la pression augmentant avec la profondeur, la limite solide-liquide va apparaître à une profondeur déterminée et en deçà de cette profondeur le noyau sera solide.

[Pat84]

Peut-on considérer que la pression joue un rôle d'abaissement de la température? Ou sont elles simplement deux variables distinctes influant sur l'état d'un élément?

Je pense par analogie aux procédés de liquéfaction des gaz en industrie pour lesquels une forte pression est utilisée afin de ne pas reproduire les conditions de températures extrêmes nécessaires à certains éléments pour passer de l'état de gaz à l'état liquide.

 

La dynamique présente dans le noyau externe (partie encore liquide du noyau) créeraient selon certaines théories le champ magnétique terrestre.

Est ce que ce mouvement de dynamique accroit la pression sur la couche inférieure à savoir la graine, et ainsi la solidifie?Si non qu'est ce qui crée une telle pression à partir du 'point critique' (la fameuse limite entre deux états).

 

C'est exactement l'inverse qui est fait, pour condenser le gaz, donc le ramener à l'état liquide on le refroidit. C'est le principe des circuits frigorifiques.

On comprime un gaz via un compresseur, ensuite ce gaz passe par un échangeur de température gaz/air ou gaz/eau dans lequel il perd sa chaleur et se condense.

Sortie de cette échangeur le gaz est entièrement à l'état liquide mais toujours en haute pression. Donc on le détend via un .... détendeur et à nouveau le gaz traverse un autre échangeur pour cette fois ci récupérer de la chaleur et donc s'évaporer car on est en basse pression et le compresseur aspire le tout. La boucle est bouclée.

[Invité Julie Charland]

1) Comment la chaleur du noyau permet d'entretenir le champ magnétique terrestre ;

 

2) Pourquoi le fer dans le noyau est liquide mais que la graine (la partie la plus profonde du noyau) , elle, est solide et qu'elle grossit ;

 

3) Selon cette phrase ''Donc, pour connaître la température dans le noyau terrestre, il suffit de savoir la température de fusion du fer à 330 gigapascals'', la température du noyau terrestre serait celle de la fusion du fer. Mais comme la graine est solide, sa température n'est pas celle de la fusion du fer ;

 

4) Comment un élément solide (le fer dans la graine du noyau terrestre) peut-il être plus chaud qu'à son état liquide en fusion ? Si on compare à l'eau, par exemple, elle est plus froide à l'état solide qu'à l'état liquide.

 

5) Dans le noyau, la pression est supérieure à 1 million d'atmosphères (100 gigapascals). Avec quelle technologie les chercheurs ont pu comprimer, avec une pression de 2 millions d'atmosphères, des grains de fer entre des pointes de diamant ?

 

6) Il me semble qu'il doit y avoir une limite à la résistence du diamant ? Alors, comment a-t-il pu résister à l'expérience qui consistait à chauffer le fer jusqu'à des valeurs de 4800 °C et 2,2 millions d'atmosphères ?

 

 

Bonjour et merci à tous

 

Pour les questions deux et quatre, je comprends qu'outre la température, la pression est un facteur dans le passage d'un état liquide à un état solide.

 

Pour la question cinq, la quatrième image du lien de Hoshibang parle.

 

Pour la question 3, je suppose que le calcul se fait par extrapolation ?

 

 

 

 

 

 

Je ne pige toujours rien aux questions 1 et 6 :

 

1) Comment la chaleur du noyau permet d'entretenir le champ magnétique terrestre ;

 

6) Il me semble qu'il doit y avoir une limite à la résistence du diamant ? Alors, comment a-t-il pu résister à l'expérience qui consistait à chauffer le fer jusqu'à des valeurs de 4800 °C et 2,2 millions d'atmosphères ?

 

 

Merci par avance

[olivdeso]

1) c'est pas la chaleur du noyau, mais le fait que celui ci soit liquide et puisse tourner. Et comme c'est du fer, ça fait dynamo.

 

6)c'est que la limite n'est pas atteinte; il y a aussi une question de durée de l'expérience; Si c'est extrêmement bref ça va.

Modifié 30 avril 2013 par olivdeso

[Jean-ClaudeP]

mais le fait que celui ci soit liquide et puisse tourner. Et comme c'est du fer, ça fait dynamo.

Tu veux dire quoi exactement ? Une dynamo dans le langage commun ça produit du courant et ce n'est pas un simple morceau de fer.

[PlanetTracker]

 

J'ai quelques questions :

 

 

1) Comment la chaleur du noyau permet d'entretenir le champ magnétique terrestre ;

 

2) Pourquoi le fer dans le noyau est liquide mais que la graine (la partie la plus profonde du noyau) , elle, est solide et qu'elle grossit ;

 

3) Selon cette phrase ''Donc, pour connaître la température dans le noyau terrestre, il suffit de savoir la température de fusion du fer à 330 gigapascals'', la température du noyau terrestre serait celle de la fusion du fer. Mais comme la graine est solide, sa température n'est pas celle de la fusion du fer ;

 

4) Comment un élément solide (le fer dans la graine du noyau terrestre) peut-il être plus chaud qu'à son état liquide en fusion ? Si on compare à l'eau, par exemple, elle est plus froide à l'état solide qu'à l'état liquide.

 

5) Dans le noyau, la pression est supérieure à 1 million d'atmosphères (100 gigapascals). Avec quelle technologie les chercheurs ont pu comprimer, avec une pression de 2 millions d'atmosphères, des grains de fer entre des pointes de diamant ?

 

6) Il me semble qu'il doit y avoir une limite à la résistence du diamant ? Alors, comment a-t-il pu résister à l'expérience qui consistait à chauffer le fer jusqu'à des valeurs de 4800 °C et 2,2 millions d'atmosphères ?

 

 

 

Pour ceux que ça intéressent, l'expérimentation s'est faite avec du diamant !

 

 

Merci par avance pour vos explications

 

 

Salut Julie,

 

Pratiquant moi-même ce genre d'expériences avec diamants laser et tout ce qui va avec, je peux te donner quelques réponses qui je l'espère, ne seront pas trop mauvaises.

 

1) Je rejoins ce que dis olivdeso. C'est bien le mouvement qui crée le champ magnétique. Si on compare avec d'autres planètes sans noyau liquide, on voit qu'elles n'ont pas ou peu de champ magnétique. Mais il y a aussi les histoires de champs induits (par les autres corps par effet gravitationnel) Le soleil pour mercure, Jupiter pour Io. Par exemples. Mais je n'y connais pas grand chose de plus.

 

2) Donc c'est bien lié aux changements de phase. La pression tend à ordonner une structure minérale, à la compresser. La température tend à faire l'inverse ! Elle désordonne la structure. (l'entropie !) Donc il en résulte que à de très grande pression, mais à des température aussi élevée on peut obtenir le même minéral que à des pression basse et température basse.

Pour reprendre l'exemple de l'eau : Tu peux avoir de la glace à 100°C mais il faut ajouter de la pression. Ou l'inverse très connu en alpinisme, tu fais bouillir de l'eau à des température basse quand tu es au sommet d'une montagne parce que tu diminues la pression.

Voir ici

 

Donc pour en revenir au fer, tu ajoutes de la pression, tu augmentes l'entropie, tu cristallises du fer solide.

 

Ensuite, elle grossit parce que la Terre se refroidie ! La chaleur d'accrétion, de désintégration radioactive s'évacue. Tu diminues la température pour une même pression qui ne change pas, du coup tu cristallises.

 

3) Oui, c'est un peu étrange cette phrase. Ils trouvent la température à la limite graine-noyau externe qui est plus grande que prévue mais pas au centre... C'est ce que je comprends.

 

4) Comme dit à la 2) Si tu augmentes la pression, tu peux avoir de la glace à haute température.

 

5) Pas besoin d'un truc très compliqué. Une pression est donnée par le rapport Force/Surface. Donc si tu veux une grande pression, tu augmentes la force sur la surface de ton échantillon, ce qui est de plus en plus difficile à fabriquer (Des presses de plus en plus gigantesques) ou alors tu réduis la surface ! Donc, entre deux petits diamants millimétriques tu peux obtenir des pressions énormes avec une force relativement petite elle-aussi. Tu peux même augmenter la pression mécaniquement à la main.

Cellule à enclume de diamant

 

6) Très bonne question ! En fait, c'est simple. La pression est simplement concentrée au centre de l'échantillon, le gradient de pression est très important donc à quelques mm du centre, on est à pression ambiante. Du coup le diamant supporte bien. Même chose pour le laser, on chauffe que le centre. Le diamant brûle en graphite à quelques centaine de degrés mais pendant l'expérience il ne sent pas grand chose non plus.

 

 

Bon voilà j'espère que ça répond aux questions !

[Invité Julie Charland]

Merci beaucoup

 

 

PlanetTracker,

 

Pour le 6) c'est vraiment impressionnant !

 

 

Pour ce qui est de la pression, je me souviens, ça fait plus de 25 ans (ça ne me rajeunit pas), dans mon cours de physique, au secondaire (je pense que vous, vous dites lycée ? ) nous avions fait deux expériences :

 

1) On avait mis une balloune dans une machine qui enlevait la pression atmosphérique et la balloune avait gonflé toute seule ;

 

2) On avait mis de l'eau froide dans cette même machine et l'eau s'était mise à bouillir. Mais je ne me souviens plus si elle était devenue chaude en bouillant.

[Jean-ClaudeP]

Mais je ne me souviens plus si elle était devenue chaude en bouillant.

Le changement de pression ne modifie pas la température de l'eau mais modifie la température d'ébullition du liquide, ce qui fait qu'en baissant suffisamment la pression, l'eau se met à bouillir à la température ambiante à laquelle elle est.

 

c'est pas la chaleur du noyau, mais le fait que celui ci soit liquide et puisse tourner. Et comme c'est du fer, ça fait dynamo.

Je pensais par erreur que cet effet dynamo n'était qu'une plaisanterie, mais pas du tout, désolé de mon ignorance !

 

L'effet dynamo un casse tête non linéaire

Modifié 1 mai 2013 par Jean-ClaudeP