Le noyau interne de la Terre allonge et raccourcit vos journées de quelques millisecondes

Un jour sur Terre n’est pas un fixe de 86 400 secondes. Sur des décennies, il s’allonge et se raccourcit de quelques millièmes de seconde, et une nouvelle étude attribue l’essentiel de cette dérive à un combat gravitationnel qui se joue à plus de 5 000 kilomètres sous nos pieds.

Les géophysiciens Huifeng Zhang et Mathieu Dumberry, de l’Université de l’Alberta, rapportent dans Nature que le noyau interne solide de la Terre — une boule de fer légèrement asymétrique — exerce une traction sur les régions denses du manteau lorsque son orientation change. Cette traction accélère ou ralentit le manteau rocheux et la croûte que nous habitons, et avec eux la durée du jour. Deux autres forces, à la frontière entre le noyau et le manteau, exercent une contre-pression.

Le résultat répond à une question que les géophysiciens tournaient en rond depuis des décennies. Ils savaient que le noyau échangeait du spin avec le manteau sur ces échelles de temps, mais pas quel lien physique portait cet échange. Il apporte aussi une surprise sur le centre de la planète : le noyau interne semble s’écouler, très lentement, au lieu de rester une masse rigide.

Pourquoi une boule de fer qui oscille peut déplacer l’horloge

Le spin total de la Terre, son moment angulaire, reste presque constant. Quand le noyau externe liquide accélère, le manteau doit ralentir pour compenser, et inversement. Ces infimes oscillations dans la rotation du manteau sont ce qui fait varier la durée du jour sur des cycles pluridécennaux.

La question ouverte était le couplage, et il y avait trois candidats. Le couplage électromagnétique fonctionne via le champ magnétique et dépend de la conductivité électrique de la couche la plus basse du manteau. Le couplage topographique vient de la pression exercée contre les aspérités de la frontière noyau-manteau. Le couplage gravitationnel vient de la masse : le noyau interne n’est pas une sphère parfaite, et le manteau contient des amas irréguliers de roche dense.

Lorsque les écoulements dans le noyau externe liquide poussent le noyau interne à tourner légèrement par rapport au manteau, ses renflements se désalignent de ces régions denses. La gravité les ramène vers l’alignement, et cette traction de rappel — un couple gravitationnel — transmet du spin au manteau. Selon l’étude, le noyau interne oscille d’avant en arrière d’environ 2,35 degrés par rapport au manteau, sur un cycle de 60 à 70 ans.

« Le couple gravitationnel agit dans le sens requis pour expliquer les changements observés dans la rotation de la Terre, alors que les couples électromagnétique et topographique s’y opposent généralement », ont écrit les deux chercheurs dans un résumé de leurs travaux pour la communauté de recherche de Springer Nature.

Comment ils ont procédé

Aucun instrument ne peut atteindre le noyau, alors l’équipe a combiné trois sources indirectes. La première est la durée du jour elle-même, suivie par des horloges atomiques et des observations astronomiques. La deuxième est un ensemble de modèles de l’écoulement du noyau externe liquide, reconstitués à partir de mesures satellites du champ magnétique terrestre. La troisième est la preuve sismique de la structure de la Terre profonde.

Ils ont introduit ces données dans une technique statistique appelée chaîne de Markov Monte Carlo, qui essaie un très grand nombre de valeurs possibles pour les grandeurs inconnues et conserve les combinaisons qui correspondent aux observations. Les inconnues incluaient la force de chacun des trois couplages. Le modèle a reproduit environ six décennies de données sur la durée du jour de manière optimale lorsque le couple gravitationnel faisait l’essentiel du travail et que les deux autres agissaient comme des freins.

Tester les trois mécanismes ensemble est important parce qu’ils opèrent en même temps et s’annulent partiellement. Un modèle qui n’examine qu’un seul couplage peut lui attribuer un effet qui, dans la Terre réelle, est compensé par un autre.

« Ces différentes sources d’information peuvent se combiner pour donner une image plus cohérente de l’intérieur profond de la Terre, une région extrêmement difficile à observer directement », a déclaré Zhang.

Quelques millisecondes, mesurées par rapport à quoi

L’effet est infime à côté du jour lui-même. Quelques millisecondes sur 86 400 secondes représentent un changement de quelques parties sur 100 millions, bien plus court qu’un clignement d’œil. Personne ne le ressent, mais les horloges atomiques et les systèmes qui suivent l’orientation de la Terre pour la navigation par satellite, si.

D’autres forces modifient aussi le jour. Les vents et les courants océaniques le font varier sur des jours et des saisons, tandis que les marées lunaires ralentissent progressivement le spin de la Terre sur des millions d’années. Les oscillations décennales se situent entre les deux, le noyau étant depuis longtemps suspecté comme source et le mécanisme restant non résolu.

L’étude donne également un chiffre sur la mollesse du centre de la planète. Les modèles les plus ajustés impliquent que le noyau interne relaxe sa forme sur environ une décennie, dans une fourchette possible de 2 à 31 ans. Sous une pression écrasante, il reste du fer solide, mais sur des années, il cède comme un mastic extrêmement rigide. Les chercheurs rapportent que cette viscosité est cohérente avec des expériences récentes en laboratoire sur des alliages de fer.

La force de la traction gravitationnelle renseigne aussi sur le manteau. Elle soutient l’idée que les deux amas rocheux de la taille d’un continent situés sous l’Afrique et le Pacifique — là où les ondes sismiques voyagent anormalement lentement — sont chauds et aussi chimiquement plus denses que la roche qui les entoure.

Ce que cela ne règle pas

La reconstruction dépend de données incomplètes. La couverture sismique de la Terre profonde est lacunaire, et les modèles d’écoulement du noyau dérivés des données magnétiques ne voient que les plus grandes structures du noyau externe. La forme inférée du noyau interne et la densité des amas du manteau proviennent de l’ajustement plutôt que d’une mesure directe, et la fourchette de 2 à 31 ans pour la souplesse du noyau interne est large.

Le modèle laisse aussi une partie du signal inexpliquée. Des variations plus rapides sur des échelles de 10 à 30 ans impliquent probablement des processus supplémentaires, et une oscillation séparée de six ans dans la durée du jour reste un problème ouvert que Zhang étudie actuellement.

Il y a aussi la rotation du noyau interne elle-même, l’un des sujets les plus débattus en sismologie. Des études menées par une équipe de l’Université de Pékin en 2023 et une équipe de l’Université de Californie du Sud en 2024 ont conclu que le mouvement du noyau interne par rapport au manteau s’est arrêté et a commencé à s’inverser vers 2009-2010. Le nouveau modèle, avec un changement de direction vers 2010, correspond à cette image, mais d’autres sismologues ont soutenu que ce sont les changements à la surface du noyau interne, et non sa rotation, qui expliquent les mêmes signaux sismiques. Les auteurs listent également comme non résolu le fait de savoir si les futurs changements dans la rotation du noyau interne peuvent être prédits.

Questions courantes sur la durée du jour terrestre

Pourquoi un jour ne fait-il pas exactement 24 heures ?

Le jour de 24 heures est une convention, et la rotation réelle de la Terre varie. Les vents et les courants océaniques la modifient sur des jours et des saisons, les marées lunaires l’allongent sur des millions d’années, et les échanges de spin entre le noyau et le manteau la changent de quelques millisecondes sur des décennies.

Le noyau interne de la Terre inverse-t-il sa rotation ?

Non. Les études sismiques suggèrent que le noyau interne tourne légèrement plus vite ou plus lentement que le manteau, donc par rapport à la surface, il dérive dans un sens puis dans l’autre. La nouvelle étude modélise cela comme une oscillation d’environ 2,35 degrés sur un cycle de 60 à 70 ans, avec un changement de direction vers 2010.

Le noyau interne rendra-t-il les jours sensiblement plus longs ou plus courts ?

Non. Les changements s’élèvent à quelques millisecondes sur des décennies, bien en dessous de ce qu’une personne peut remarquer. Ils importent pour la mesure précise du temps, la navigation par satellite et la géophysique, où la rotation de la Terre est suivie à la fraction de milliseconde près.

Comment les scientifiques savent-ils ce qui se passe à l’intérieur du noyau terrestre ?

Aucune sonde ne peut l’atteindre. Les chercheurs combinent les ondes sismiques des tremblements de terre qui traversent le noyau, les mesures satellites du champ magnétique généré dans le noyau externe liquide, et les enregistrements précis de la rotation de la Terre. Cette étude a utilisé les trois.

Nature a publié l’étude le 23 septembre 2026. Entre le début des années 1970 et 2021, l’équipe a constaté que les processus du noyau ont modifié la durée du jour de quelques millisecondes. Le prochain test est le cycle de six ans : un groupe distinct a rapporté, dans une prépublication de juin 2026 non encore évaluée par les pairs, un signal de six ans correspondant dans les données de gravité satellite qu’il relie au même couplage entre le noyau interne et le manteau. Si les deux enregistrements montrent la même oscillation, la traction d’une boule de métal au centre de la planète deviendra lisible depuis l’orbite aussi bien que depuis l’horloge.

Référence : Zhang et Dumberry, « Gravitational torque drives multidecadal variations in length of day », Nature, 2026. DOI : 10.1038/s41586-026-10999-2

Étiquettes: durée du jour, earth science, geophysics, Mathieu Dumberry, noyau interne, rotation de la Terre