Comment connaître la température dans les profondeurs de la Terre ?

Bonjour,

Nous vous remercions d'avoir fait appel au service Interroge, voici le résultat de nos recherches :

La page Géothermie en bref sur le site du Service sismologique suisse (SED) nous explique, graphiques à l’appui, ceci :

« Règle de base : plus on progresse dans les profondeurs de la Terre, plus il y fait chaud. En moyenne, la température augmente de 3° C tous les 100 mètres de profondeur à partir de la surface terrestre. Cela correspond au gradient géothermique normal. La conduction thermique est, de plus, un processus très long: entre 50 et 100 mètres de profondeur commence la zone à partir de laquelle les modifications climatiques à la surface de la Terre n’ont plus de conséquence sur la température du sous-sol. A 5'000 mètres de profondeur, les températures sur le territoire de la Suisse sont comprises entre 150 et 200° C. Compte tenu des connaissances actuelles, on estime que la température du noyau terrestre dépasse 6'000 °C et que celle du manteau supérieur s’élève à 1'400° C. […] A plusieurs endroits de la planète, dans les zones volcaniques en particulier, on constate néanmoins des anomalies thermiques: des zones qui présentent un gradient géothermique bien plus élevé. C’est par exemple le cas en Islande, en Italie, en Indonésie ou en Nouvelle-Zélande. »

Et dans le document Sciences de la vie et de la terre,  paru dans la collection Réviser son bac avec Le Monde, ces informations sont confirmées, à la page Géothermie et propriétés thermiques de la Terre (page 56) :

« Les valeurs des gradients et des flux géothermiques varient selon le contexte géodynamique. En domaine océanique, les flux géothermiques sont élevés au niveau des dorsales océaniques, des points chauds (île de La Réunion, par exemple) et des arcs volcaniques ou cordillères liés à la subduction (Japon, Andes, Antilles, etc.). En domaine continental, les flux géothermiques sont forts au niveau des zones avec magmatisme (vallée du rift africain). De plus, des bassins sédimentaires ayant une croûte amincie présentent un flux géothermique élevé, tels les bassins d'effondrement de l'Alsace ou de la Limagne en France. »

Vous trouverez sur le site de l'Université virtuelle environnement et développement durable (UVED) de l'Université de Nice une carte mondiale de répartition des flux géothermiques.

Pierre Thomas, du Laboratoire de géologie de Lyon, nous fournit des précisions supplémentaires au point Le gradient et le flux géothermique sont variables horizontalement et verticalement de son article La chaleur de la Terre et la géothermie :

« Nous avons vu que le gradient et le flux géothermiques ont d'importantes inhomogénéités horizontales en surface. Qu'en-est-il verticalement, vers les profondeurs du globe ? Si on extrapole en profondeur (de manière linéaire) le gradient thermique mesuré en surface, on arrive à des valeurs de température irréalistes : appliquer 30  K.km-1 [le gradient géothermique normal] sur 6371 km (le rayon de la Terre) donnerait une température au centre de la Terre de 190 000 °C. Le centre de la Terre serait un plasma, alors que l'étude de la propagation des ondes sismiques indique qu'il est solide. Cela montre que si la chaleur se transmet par conduction près de la surface, elle se transmet autrement en profondeur, par convection, ce qui homogénéise la température et limite très fortement son augmentation avec la profondeur […]. »

Dans un article de Jean-François Moyen, intitulé Connaître le géotherme en profondeur, publié sur le site Planet-Terre conçu par l'École normale supérieure de Lyon, nous trouvons ces précisions qui montrent la difficulté de connaître avec précision les températures :

« Les scientifiques sont relativement certains des températures en deux points : à 670 km de profondeur (1.600°C), et à 5.150 km de profondeur (limite noyau-graine) (5.000 K). Entre ces deux points d'ancrage du géotherme, il ne peut s'agir que d'estimations […]. Une première estimation de gradient à partir des points d'ancrage peut être réalisée. D'après les points d'ancrage, il y a une différence de température de (4.700 - 1.600) soit 3.100°C entre 670 et 5.150 km de profondeur, soit environ 0,7°C par km […]. La base de l'estimation est la suivante : tellement de chaleur traverse le noyau externe et le manteau inférieur que l'évacuation de la chaleur par conduction ne suffit plus. Des mouvements de matière se mettent en place pour faciliter ce transfert. Ces enveloppes sont tous les deux en régime dit convectif. […] Or, les physiciens démontrent que, dans un fluide convectif, les variations de températures ne sont dues qu'à la compression des corps (réchauffement lié à la compression). On parle dans ce cas de gradient de température de type adiabatique. […] Dans le cas de roches du manteau, on estime le gradient adiabatique à 0,3°C par km. Dans le cas du noyau, il est de l'ordre de 0,55°C par km. Si on se base sur ces estimations, on peut donc extrapoler la température en tout point du manteau, à partir des points d'ancrage. En remontant depuis 5 150 km (5 000K = 4 700°C) dans le noyau liquide, et en descendant depuis 670 km (1.600°C) dans le manteau, on peut alors estimer la température à la limite manteau-noyau (2.900 km).

On arrive ainsi aux valeurs suivantes :

côté manteau : 1 600 + ( 2 900 - 670 ) x 0,3 soit 2 200 °C
 côté noyau : 4 700 - ( 5 150 - 2 900 ) x 0,55 soit 3 450 °C »

Michel Meyer nous rappelle, en outre, dans son support de cours Généralités sur la géothermie dans le cadre de la formation continue universitaire à l’Université de Genève, que « 99 % de la masse de la Terre est à plus de 1000°C ! 99.9 % est à plus de 100°C ! »

Pour approfondir vos connaissances sur la structure interne de la Terre, nous vous recommandons la lecture de l’ouvrage de Roland Trompette La terre : une planète singulière.

Nous espérons que ces éléments vous aideront dans votre recherche. N'hésitez pas à nous recontacter pour tout complément d'information ou toute autre question.

Cordialement,

La Bibliothèque du Musée d'histoire des sciences

Pour www.interroge.ch