2.3 Origine de la chaleur interne du globe

L’origine de la chaleur interne du globe fait encore l’objet d’étude et n’est pas totalement déterminée. Avant tout, il est important de savoir que le budget thermique tel que nous l’avons présenté précédemment (~ 42 TW) n’a pas toujours été celui que nous connaissons actuellement. Dans les tous premiers temps de l’histoire de la Terre, les principales sources de chaleur ont sans doute été l’accrétion et la radioactivité de courte période.
La chaleur d’accrétion correspond tout simplement à un transfert d’énergie cinétique en énergie mécanique (compression et changement de phase) et énergie calorifique. Lors des nombreux chocs de météorites au début de l’histoire de la Terre, ces processus ont pu contribuer à une immense partie de l’énergie thermique accumulée.
La radioactivité est un second processus de production de chaleur. Les réactions qui ont certainement contribué en grandes parties à la chaleur interne du globe sont celles désormais terminées de désintégration de l’²⁶Al et du ⁶⁰Fe. Ces éléments sont en grande concentration dans la Terre et lorsque les réactions de désintégration radioactive se sont produites lors des tous premiers millions d’années de l’histoire de la Terre, il est probable que leurs conséquences thermiques ont été immenses.
Depuis, les seuls éléments radioactifs qui contribuent à la production de chaleur interne sont ²³⁸U, ²³²Th, ⁴⁰K. Leur participation au bilan thermique terrestre dépend fortement de leur concentration précise dans les roches, mais on considère en général que leur production est de l’ordre de 570 mW/kg de roche pour ²³⁵U, 94 mW/kg de roche pour ²³⁸U, 27 mW/kg de roche pour ²³²Th et 28 mW/kg de roche ⁴⁰K.
Enfin, il existe sans doute une production de chaleur liée à la différenciation de la graine. A température et pression ambiantes, la cristallisation de fer produit 207 kJ/kg. La valeur est certainement très différente aux pressions et températures du noyau, mais quoiqu’il en soit, la cristallisation de la graine doit participer au bilan thermique.

Comment jongler avec ces chiffres pour tracer la source de la chaleur terrestre actuelle ? De certaines zones d’ombres existent, mais les géophysiciens estiment aujourd’hui que sur les ~ 42 TW enregistrés en surface, près de 35 TW proviennent de la désintégration d’éléments radioactifs dans la croûte et le manteau. Près de 3,8 TW pourraient être des vestiges de la chaleur initiale liée à l’accrétion et à la radioactivité de courte période ; c’est ce qu’on nomme le « refroidissement séculaire ». La différenciation des différentes enveloppes comme la croûte, le manteau, et surtout le noyau, libèrerait environ 3,5 TW. Gardons à l’esprit que ces valeurs sont encore l’objet de débat et qu’il n’existe pas véritablement de consensus entre les auteurs.

Toute cette énergie constitue néanmoins une ressource considérable que les hommes apprennent à apprivoiser comme nous allons le voir dans la partie qui suit.