Pour des raisons pratiques, nous considérons qu’un jour — le temps nécessaire à la Terre pour effectuer une rotation complète sur son axe — équivaut à 24 heures. En réalité, différents facteurs qui opèrent sur diverses échelles temporelles influencent la vitesse à laquelle notre planète tourne, et les scientifiques n’ont pas encore entièrement élucidé ce phénomène.
Mais de nouvelles découvertes, publiées aujourd’hui dans Nature, pourraient enfin résoudre au moins l’une de ces grandes énigmes, à savoir comment la rotation de la Terre évolue sur des périodes de plusieurs décennies. Selon l’étude, les variations multidecadales du comportement de la Terre proviennent des profondeurs de notre planète. Trois mécanismes — couplage gravitationnel, couplage électromagnétique et couplage topographique — entrent essentiellement en compétition les uns avec les autres pour accélérer ou ralentir la rotation de la Terre sur plusieurs décennies. Plus précisément, le couplage gravitationnel, ou un couple gravitationnel entre le noyau interne et le manteau, crée de minuscules changements qui sont renvoyés par les deux autres mécanismes, a expliqué Huifeng Zhang, premier auteur de l’étude.
« Ce que je trouve particulièrement excitant, c’est que ces différents éléments d’information peuvent se rassembler pour offrir une image plus cohérente de l’intérieur profond de la Terre, une région extrêmement difficile à observer directement », a déclaré Zhang, étudiante au doctorat à l’Université d’Alberta au Canada, à Gizmodo.
Variations temporelles
Les scientifiques qui étudient la rotation de la Terre vont probablement examiner des facteurs différents, selon l’échelle temporelle envisagée. Par exemple, les variations à court terme sont contrôlées par les échanges dans les atmosphères et les océans, a expliqué Zhang. En revanche, les interactions gravitationnelles avec la Lune se produisent sur des échelles de millions d’années. Les échelles de temps moyennes, sur plusieurs décennies — que couvre le nouvel article — sont restées un mystère pendant longtemps, selon Zhang.
« Notre motivation principale était donc d’étudier les contributions relatives des différents mécanismes de couplage noyau-manteau à ces variations observées », ajouta-t-elle. Pour ce faire, Zhang et son coauteur et superviseur, Mathieu Dumberry, se sont appuyés sur des travaux antérieurs datant de 1988 qui démontraient comment les échanges de moment angulaire entre le noyau et le manteau de la Terre pouvaient influencer sa rotation.
Les trois mécanismes identifiés comme probables influençant cet échange sont : le couplage gravitationnel, qui renvoie aux interactions gravitationnelles entre le noyau interne et le manteau et à la rapidité avec laquelle ce dernier se déforme. Le couplage électromagnétique concerne la conductivité et l’épaisseur d’une couche située à la base du manteau. Enfin, le couplage topographique dépend des irrégularités qui émergent le long de la frontière noyau-manteau.
Ces modèles vont dans les profondeurs
Pour l’étude, Zhang et Dumberry ont utilisé des modèles statistiques afin d’évaluer différentes combinaisons de ces facteurs par rapport aux observations réelles des six dernières décennies. Résultat : ils ont pu démontrer que le couplage gravitationnel exerçait l’influence dominante sur les variations de rotation de la Terre. Pendant ce temps, les deux autres mécanismes semblaient agir comme une sorte de tampon contre ces changements.
« Cela suggère que des interactions profondément enfouies à l’intérieur de la Terre peuvent jouer un rôle important dans l’accélération ou le ralentissement de sa rotation sur plusieurs décennies », a expliqué Zhang. « Comme chaque mécanisme dépend de propriétés physiques qui ne sont pas encore bien comprises, les résultats apportent aussi des contraintes précieuses sur plusieurs propriétés de l’intérieur profond de la Terre. »
Les données d’observation montrent que, entre le début des années 1970 et 2021, les mécanismes guidés par le noyau ont très légèrement modifié la longueur du jour — de quelques millisecondes — un changement minuscule mais tangible. Dans l’ensemble, les jours de la Terre se sont raccourcis au fil du temps.
Notre planète capricieuse
Encore une fois, ces travaux les plus récents portent sur des variations à l’échelle des décennies. Comme de nombreux facteurs contribuent aux changements de rotation de la Terre, la nouvelle étude s’inscrit dans un puzzle plus vaste pour comprendre le comportement de notre planète en perpétuelle évolution. Actuellement, Zhang cherche à savoir si ces mécanismes pourraient aussi influencer une autre observation, ou une oscillation sur six ans de la longueur du jour.
« Même de minuscules changements dans la rotation de la Terre peuvent fournir des informations précieuses sur des processus qui se produisent à des milliers de kilomètres sous nos pieds », a-t-elle déclaré. « En combinant ces observations améliorées avec des mesures de la rotation terrestre et du mouvement du noyau interne, nous espérons développer une image plus détaillée de la manière dont les couches profondes de la Terre interagissent et de la façon dont les mouvements à des milliers de kilomètres sous la surface modulent subtilement la longueur de notre jour. »
