Communiqué de presse

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Clermont-Ferrand, le 7 novembre 2013
DES
QUANTITES
IMPORTANTES
D’HELIUM ENCORE STOCKEES DANS
LE NOYAU TERRESTRE
Des scientifiques du laboratoire Magmas et Volcans (Université Blaise Pascal / CNRS / IRD), de
l’Université d’Oxford et de l’Open University (Milton-Keynes) au Royaume-Uni ont recréé en
laboratoire les conditions ayant régné lors de la formation du noyau terrestre en présence d’un
environnement riche en hélium, un gaz rare abondant dans l’atmosphère primitive terrestre. Les
conclusions de ces expériences montrent que des concentrations non-négligeables d’hélium peuvent
être stockées dans le noyau à la suite de la différenciation noyau-manteau. Plus important encore
l’hélium primitif piégé dans le noyau aurait pu alimenter, tout au cours de l’histoire de notre
planète, les panaches provenant de l’interface noyau-manteau et faisant éruption au niveau des
volcans des îles hawaïennes par exemple.
Ces résultats sont publiés dans le journal Nature Geoscience du mois de novembre 2013.
Notre planète est née il y a environ 4,5 milliards d’années dans la nébuleuse solaire où l’hydrogène et
l’hélium étaient dominants. Ces deux éléments sont toujours présents dans l’atmosphère et dans les
profondeurs de la Terre. L’hélium est composé de deux isotopes 3He et 4He. L’3He est considéré sur Terre
comme primordial, tandis que l’4He est produit dans des chaînes de désintégrations radioactives (U, Th).
Pourtant, les analyses des échantillons naturels montrent, par exemple, une large disparité des rapports
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He/4He : pour les échantillons provenant de basaltes de dorsales océaniques (communément appelés
Laboratoire Magmas et Volcans – 5 rue Kessler – 63000 Clermont-Ferrand - Tél : 04 73 34 67 22
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MORB) le rapport 3He/4He est de l’ordre de (8±1)×RA (où RA est le rapport 3He/4He atmosphérique), alors
que les échantillons provenant de laves des îles océaniques (OIB) montrent généralement des valeurs
centrées sur (12±6)×RA, mais pouvant atteindre des valeurs de 50×RA. L’explication la plus courante pour
ces différences est l’existence à l’intérieur de la Terre de deux réservoirs : le premier (celui des MORB)
serait bien dégazé alors que le second (celui des OIB) plus primitif serait moins dégazé, et pour cela il est
souvent associé au manteau inférieur. Mais Mohamed Ali Bouhifd et ses collègues se sont posé la question
suivante : Le noyau terrestre pourrait-il jouer un rôle majeur dans la géochimie de l’hélium, sachant que
certains points chauds sont produits à l’interface noyau-manteau? Pour y répondre ils ont reproduit en
laboratoire les conditions ayant régné lors de la formation du noyau terrestre il y a 4,5 milliards d’années.
Ils ont synthétisé des échantillons, typiques du manteau et du noyau primitifs, à partir d’un mélange de
métal et de silicate, à des pressions jusqu’à 16 GPa et des températures d’environ 3000 °C. La cellule à
enclumes de diamant couplée au chauffage par laser infrarouge permet de reproduire ces conditions de
façon statique. Les concentrations en hélium dans le silicate et dans le métal ont ensuite été déterminées
dans ces échantillons microscopiques (de quelques dizaines de microns de diamètre), avec grande précision
à l’aide d’un spectromètre de masse dédié à l’analyse des gaz rares. Ces analyses montrent que le partage
de l’hélium entre le métal et le silicate est deux fois plus important que reporté dans les études précédentes,
et compris entre 4,7×10-3 et 1,7×10-2. En se basant sur les estimations de l’abondance en hélium primordial
(3He) présent lors de la formation du noyau terrestre, cette étude a conclu que la concentration de l’ 3He
dans le noyau serait comprise entre 3×10 10 et 1,2×1011 (atomes 3He/g). Par ailleurs, sur la base des flux
actuels d’3He au niveau des dorsales océaniques, la présente étude indique qu’entre 0,8 et 3% de la masse
du noyau a ainsi pu être entraînée par les points chauds au cours des 4,5 milliards d’années d’existence de
notre planète.
En conclusion, les résultats de cette étude indiquent que les rapports 3He/4He élevés de certains points
chauds (telles les îles Hawaïennes) peuvent avoir une contribution provenant du noyau. Il faudra tenir donc
compte de cette possibilité dans les futurs modèles géochimiques pour souligner le découplage entre les
rapports 3He/4He des MORB et des OIB et la convection du manteau terrestre.
Source : M.A. Bouhifd, A.P. Jephcoat, V.S. Heber & S.P. Kelley (2013) Helium in Earth’s early core.
Nature Geoscience 6, Novembre 2013, 982-986. DOI: 10.1038/NGEO1959.
Contact Chercheur :
Contact Presse :
Mohamed Ali BOUHIFD
04.73.34.67.72
[email protected]
Cécile Sergère
04 73 34 67 22
[email protected]
Laboratoire Magmas et Volcans – 5 rue Kessler – 63000 Clermont-Ferrand - Tél : 04 73 34 67 22