Un gaz rare s’échappe du noyau terrestre, affirment les scientifiques

Selon la chaine américaine CNN, les chercheurs ont fait une découverte remarquable en détectant une quantité surprenante d’un isotope rare de l’hélium, appelée hélium-3, dans des roches volcaniques de l’île de Baffin au Canada. L’équipe de recherche a également identifié la présence d’hélium-4 dans ces roches. Alors que l’hélium-4 est courant sur Terre.

L’helium-3 est un gaz très présent au niveau du soleil mais rare dans l’atmosphère terrestre. Le vent solaire transporte de l’hélium-3 à travers le reste du système solaire. Rejeté par le champ magnétique terrestre, cet élément s’est amassé à la surface de la Lune en raison de l’absence d’atmosphère sur notre satellite naturel.
Des chercheurs ont démontré que le noyau externe de la Terre agirait comme un réservoir d’hélium-3, un gaz primordial formé lors du Big Bang. En effet, lors de la formation de la Terre il y a environ 4,6 milliards d’années, l’hélium-3 provenant de la nébuleuse solaire s’est retrouvé emprisonné dans son noyau.

La présence de l’hélium-3 dans des roches volcaniques vient étayer la théorie selon laquelle ce gaz noble s’échappe du noyau terrestre depuis des millénaires.

Forrest Horton, scientifique associé au département de géologie et de géophysique de l’Institution océanographique de Woods Hole et auteur principal de l’étude, explique à CNN : "Au niveau le plus fondamental, il y a très peu d’hélium-3 (hélium-3) dans l’univers par rapport à l’hélium-4 (hélium-4)." Il ajoute que "l’hélium-3 est rare sur Terre parce qu’il n’a pas été produit en quantités significatives ni ajouté à la planète, et il est perdu dans l’espace. Lorsque la partie rocheuse de la Terre remue et convecte, tel de l’eau chauffée sur une cuisinière, la matière s’élève, se refroidit, puis redescend. Pendant la phase de refroidissement, l’hélium est perdu dans l’atmosphère, puis dans l’espace."

La détection d’éléments qui s’échappent du noyau de la Terre permet aux scientifiques de mieux comprendre la formation et l’évolution de notre planète au fil du temps. Ces nouvelles découvertes viennent renforcer une hypothèse existante concernant la manière dont notre planète s’est formée.

L’île de Baffin, située dans le territoire du Nunavut, est la plus grande île du Canada et la cinquième plus grande au monde. Une proportion élevée d’hélium-3 par rapport à l’hélium-4 avait déjà été détectée dans les roches volcaniques de l’île de Baffin par Solveigh Lass-Evans dans le cadre de ses études doctorales sous la supervision du scientifique de l’Université d’Édimbourg, Finlay Stuart. Leurs découvertes avaient été publiées dans Nature en 2003.

La composition d’une planète reflète les éléments qui l’ont formée, et des recherches antérieures avaient montré que de petites quantités d’hélium-3 qui fuient du noyau de la Terre soutiennent la théorie populaire selon laquelle notre planète aurait trouvé son origine dans un nuage de gaz et de poussière solaire. Ce nuage aurait probablement été le résultat de l’onde de choc d’une supernova voisine et aurait contenu cet élément.

En 2018, Horton et ses collègues sont allés plus loin en étudiant la lave émise il y a des millions d’années lorsque le Groenland et l’Amérique du Nord se sont séparés, créant un nouveau plancher océanique. Ils voulaient examiner les roches susceptibles de contenir des informations sur ce qui est enfermé dans le noyau et le manteau de la Terre, la couche en grande partie solide située sous sa surface.

Horton explique que "cette région de l’île de Baffin est d’une importance particulière, à la fois en tant que terres sacrées pour les communautés locales et en tant que fenêtre scientifique sur les profondeurs de la Terre."

Les roches arctiques étudiées par Horton et son équipe ont révélé des mesures d’hélium-3 et d’hélium-4 étonnamment plus élevées que celles rapportées par les recherches précédentes, et les mesures variaient d’un échantillon à l’autre.

Horton décrit son expérience avec enthousiasme : "Beaucoup des laves sont remplies d’olivine d’un vert brillant (également connue sous le nom de péridot), casser des morceaux frais avec un marteau géologique était aussi excitant que de casser des géodes lorsque j’étais enfant : chaque roche était un trésor à découvrir." Il ajoute : "Et ils se sont avérés être de véritables trésors scientifiques !"

Horton indique qu’il n’existe qu’environ un atome d’hélium-3 pour chaque million d’atomes d’hélium-4, et que l’équipe a mesuré environ 10 millions d’atomes d’hélium-3 par gramme de cristaux d’olivine. Ces mesures suggèrent que les gaz hérités de la nébuleuse solaire lors de la formation du système solaire sont mieux préservés dans la Terre que précédemment estimé.

Mais comment l’hélium-3 s’est-il retrouvé piégé dans les roches en premier lieu ? La réponse remonte peut-être au Big Bang, qui, en créant l’univers, a également libéré une abondance d’hydrogène et d’hélium. Ces éléments ont été intégrés à la formation des galaxies au fil du temps.

Les scientifiques estiment que notre système solaire s’est formé il y a 4,5 milliards d’années au sein d’une nébuleuse solaire. À mesure que le nuage de poussière s’effondrait lors d’une supernova, le matériau résultant a formé un disque en rotation qui a finalement donné naissance à notre soleil et aux planètes, selon la NASA. L’hélium hérité de la nébuleuse solaire s’est probablement retrouvé piégé dans le noyau de la Terre au fur et à mesure que la planète se formait, transformant le noyau en un réservoir de gaz nobles.

Alors que l’hélium-3 s’échappait du noyau, il remontait à la surface à travers le manteau sous forme de panaches de magma qui ont finalement jailli sur l’île de Baffin. "Pendant l’éruption, la grande majorité des gaz dans le magma s’échappait dans l’atmosphère", explique Horton. "Seuls les cristaux d’olivine qui avaient poussé avant l’éruption ont piégé et préservé l’hélium du noyau profond."

Cette nouvelle recherche appuie l’idée que l’hélium-3 s’échappe du noyau de la Terre depuis longtemps, bien que les chercheurs ne soient pas entièrement certains du moment où ce processus a commencé. Horton indique que l’hélium qui s’échappe du noyau de la Terre n’affecte pas notre planète et n’a pas d’implications négatives, car ce gaz noble ne réagit pas chimiquement avec la matière, n’ayant ainsi aucun impact sur l’humanité ou l’environnement.

La prochaine étape pour l’équipe de recherche consistera à enquêter sur la possibilité que le noyau terrestre soit un réservoir d’autres éléments légers, ce qui pourrait expliquer pourquoi le noyau externe de la Terre est moins dense que prévu. Horton conclut en déclarant qu’il est impatient d’explorer les liens entre l’hélium et d’autres éléments légers et de voir si l’hélium peut être utilisé pour suivre d’autres éléments à travers la frontière entre le noyau et le manteau terrestre.