Qu'est-ce qu'un trou de gravité ? Explication de la zone de faiblesse de l'Antarctique

La gravité terrestre n'est pas une constante

La plupart d'entre nous ont appris que la gravité est une force stable et uniforme qui attire tout vers le sol. En réalité, elle varie à la surface de la planète. Là où la roche sous la croûte est dense, la gravité tire légèrement plus fort. Là où elle est plus légère ou absente, la gravité s'affaiblit. Les scientifiques appellent ces variations des anomalies gravitationnelles, et l'exemple le plus extrême sur Terre se trouve directement sous l'Antarctique.

Qu'est-ce qu'un trou de gravité ?

Un trou de gravité, formellement appelé géoïde bas, est une région où l'attraction gravitationnelle de la Terre est mesurablement plus faible que la moyenne mondiale. Pour le comprendre, il faut savoir ce qu'est le géoïde : la forme que prendrait la surface de l'océan si les vents, les marées et les courants étaient complètement supprimés. Parce que la gravité est légèrement plus forte là où la roche dense se concentre sous le fond marin, l'eau est attirée vers ces zones, ce qui fait bomber la surface de l'océan. Là où la roche est plus légère, l'eau s'écoule et la surface s'abaisse.

L'Antarctique se trouve au-dessus de la plus forte de ces dépressions sur la planète : le géoïde bas antarctique. La surface de l'océan autour du continent se situe environ 50 à 60 mètres plus bas que la moyenne mondiale du géoïde, car l'eau est effectivement attirée vers les régions où l'attraction gravitationnelle est plus forte. Les satellites ont détecté cette anomalie pour la première fois au début des années 2000, remarquant que l'océan Austral était mesurablement moins profond près de l'Antarctique que ne le prévoyaient les modèles.

Pourquoi la gravité est-elle plus faible sous l'Antarctique ?

La réponse se trouve à des centaines de kilomètres sous terre, dans un processus appelé convection du manteau. Le manteau terrestre, la couche épaisse de roche semi-fondue entre la croûte et le noyau externe, n'est jamais complètement immobile. Sur des millions d'années, la roche chaude monte tandis que la roche froide et dense coule, sous l'effet de la chaleur qui s'échappe de l'intérieur de la planète dans de vastes courants lents.

Sous l'Antarctique, ce processus a créé une combinaison spécifique. Des plaques denses et froides d'anciennes plaques tectoniques ont coulé dans le manteau profond le long des marges pacifique et sud-atlantique du continent. Au même moment, une large remontée de roche chaude et flottante s'est produite sous la région de la mer de Ross. Les matériaux denses créent une gravité plus forte ; les matériaux chauds et légers créent une gravité plus faible. Le résultat net est un important déficit de masse sous le continent, et donc un trou de gravité au-dessus de lui.

Des chercheurs de l'Université de Floride et de l'Institut de Physique du Globe de Paris ont récemment reconstitué l'histoire complète de cette anomalie en utilisant la tomographie sismique, qui consiste essentiellement à effectuer un scanner du manteau terrestre en utilisant les ondes sismiques. Leur étude, publiée dans Scientific Reports, a retracé le trou de gravité sur au moins 70 millions d'années et a constaté qu'il s'était considérablement renforcé entre 50 et 30 millions d'années.

Comment les scientifiques le mesurent

Pendant des décennies, les anomalies gravitationnelles ont été cartographiées à l'aide de gravimètres sensibles transportés sur des navires et des avions. Le domaine a été transformé en 2002 lorsque la NASA a lancé la mission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), des satellites jumeaux qui détectaient de minuscules variations gravitationnelles depuis l'orbite en mesurant la distance changeante entre eux lorsqu'ils survolaient des régions de masse différente. GRACE a produit les cartes de gravité les plus détaillées de la Terre jamais réalisées, révélant clairement toute l'étendue du géoïde bas antarctique et confirmant qu'il s'agissait de la plus forte dépression gravitationnelle de la planète.

Le trou de gravité a-t-il contribué à la congélation de l'Antarctique ?

L'une des implications les plus frappantes des recherches récentes est un lien possible entre l'approfondissement du trou de gravité et la formation des calottes glaciaires de l'Antarctique. La glaciation de l'Antarctique a commencé il y a environ 34 millions d'années, précisément au moment où l'anomalie gravitationnelle se renforçait le plus rapidement.

Le mécanisme proposé est élégant : à mesure que le géoïde bas s'approfondissait, il a attiré l'eau de l'océan loin de l'Antarctique, abaissant ainsi les niveaux locaux de la mer par rapport à la terre. En glaciologie, des niveaux de la mer plus bas permettent aux calottes glaciaires de s'ancrer fermement sur le plateau continental plutôt que de flotter et de se briser. En abaissant la "ligne de flottaison" locale, le manteau en mouvement a peut-être créé des conditions qui ont permis aux glaciers naissants de l'Antarctique de se stabiliser et de se développer pour devenir le vaste continent gelé qui existe aujourd'hui.

Pourquoi c'est important maintenant

Comprendre le trou de gravité de l'Antarctique n'est pas purement académique. Alors que le changement climatique accélère la perte de glace sur le continent, la suppression de cette énorme masse de glace permet à la terre en dessous de rebondir lentement, un processus appelé ajustement isostatique glaciaire. Ce rebond modifie la répartition de la masse dans le manteau, ce qui à son tour affecte le champ de gravité lui-même. Les scientifiques notent que l'anomalie semble se renforcer progressivement à mesure que la glace est perdue, créant une boucle de rétroaction qui ne fait que commencer à être comprise.

Des cartes de gravité précises sont également essentielles pour modéliser l'élévation du niveau de la mer à l'échelle mondiale. Parce que le géoïde bas antarctique influence la façon dont l'eau de fonte se redistribue dans les océans du monde, tout changement dans sa force se répercute sur les projections du niveau de la mer pour les côtes situées à des milliers de kilomètres. La gravité la plus faible sur Terre, il s'avère, a des conséquences qui vont bien au-delà du sud gelé.