Andrew Gase, Boise State University
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Est-il possible de creuser à travers la terre jusqu’à l’autre côté ? – Anishwar, 8 ans, Inde
Quand j’étais enfant, j’aimais creuser des trous dans mon jardin à Cincinnati. Mon grand-père disait en plaisantant que si je continuais à creuser, je finirais en Chine.
En fait, si j’avais pu creuser directement à travers la planète, j’aurais débouché dans l’océan Indien, à environ 1 100 miles (1 800 kilomètres) à l’ouest de l’Australie. C’est l’antipode, ou le point opposé à la surface de la Terre, de ma ville.
Mais je n’avais qu’une bêche de jardin pour remuer la terre. Lorsque j’ai heurté la roche, à moins de 1 mètre de profondeur, je n’ai pas pu aller plus loin.
Aujourd’hui, je suis géophysicien et j’en sais beaucoup plus sur la structure de la Terre. Elle se compose de trois couches principales :
- L’enveloppe extérieure, appelée croûte, est une très fine couche de roches légères. Son épaisseur par rapport au diamètre de la Terre est comparable à l’épaisseur de la peau d’une pomme par rapport à son diamètre. Lorsque je creusais des trous quand j’étais enfant, je grattais le sommet de la croûte terrestre.
- Le manteau, qui se trouve sous la croûte, est beaucoup plus épais, comme la chair de la pomme. Il est constitué de roches lourdes et résistantes qui s’écoulent à raison de quelques centimètres par an, à mesure que les roches chaudes s’éloignent du centre de la Terre et que les roches plus froides s’en rapprochent.
- Le noyau, au centre de la Terre, est constitué de métal liquide et solide très chaud. Les températures y sont comprises entre 4 500 et 9 300 degrés Fahrenheit (2 500 et 5 200 degrés Celsius).
Les couches extérieures de la Terre exercent une pression sur les couches inférieures, et ces forces augmentent régulièrement avec la profondeur, tout comme dans l’océan – pensez à la pression dans vos oreilles qui augmente à mesure que vous plongez sous l’eau.
Cela s’applique au creusement de la terre, car lorsqu’un trou est creusé ou foré, les parois le long des côtés du trou sont soumises à une énorme pression exercée par la roche sus-jacente, et sont également instables en raison de l’espace vide qui se trouve à côté d’elles. Les roches plus solides peuvent supporter des forces plus importantes, mais toutes les roches peuvent s’effondrer si la pression est suffisamment forte.
Lors du creusement d’une fosse, un moyen d’éviter que les parois ne s’effondrent vers l’intérieur sous l’effet de la pression est de les rendre moins abruptes, de sorte qu’elles s’inclinent vers l’extérieur comme les côtés d’un cône. Une bonne règle empirique consiste à faire en sorte que le trou soit trois fois plus large que sa profondeur.
Murs instables
La mine à ciel ouvert la plus profonde de la planète est la mine de Bingham Canyon, dans l’Utah, qui a été creusée à l’aide d’excavateurs et d’explosifs au début des années 1900 pour extraire du minerai de cuivre. La fosse de la mine a une profondeur de 1,2 kilomètre et une largeur de 4 kilomètres.
Comme la mine est plus de trois fois plus large que profonde et que les parois sont inclinées, les parois du puits ne sont pas trop raides ou instables. Pourtant, en 2013, l’une des pentes s’est effondrée, provoquant deux énormes glissements de terrain qui ont déversé 145 millions de tonnes de roches concassées au fond de la mine. Heureusement, personne n’a été blessé, mais les glissements de terrain ont causé des centaines de millions de dollars de dégâts.
Supposons que vous essayiez de creuser à travers la Terre et que la planète soit entièrement solide (nous savons que ce n’est pas le cas, mais c’est le scénario le plus simple). La profondeur d’un trou à travers la planète serait équivalente au diamètre de la Terre, qui est simplement le nom d’une ligne qui passe directement par le centre d’un cercle. Pour être stable, votre trou devrait donc être environ trois fois plus large que le diamètre de la Terre.
Il est clair qu’il s’agit d’une tâche impossible qui modifierait complètement la forme de la planète.
Creuser ou forer
Le forage permet d’atteindre une plus grande profondeur plus rapidement que l’excavation, car il faut déplacer moins de matériaux, et la surface plus petite d’un trou de forage peut être conçue pour résister à une plus grande force. Les entreprises du secteur de l’énergie forent régulièrement jusqu’à 5 kilomètres sous la surface pour trouver du pétrole et du gaz.
Le trou le plus profond de la Terre est le Kola Superdeep Borehole, dans le nord-ouest de la Russie, qui s’étend sur 12,2 kilomètres de profondeur. Les forages profonds comme celui-ci peuvent en apprendre beaucoup sur l’intérieur de la Terre. Cependant, le projet de Kola a finalement été abandonné en raison de difficultés liées au forage, telles que des températures trop élevées pour que l’équipement fonctionne, des pannes d’équipement et des coûts élevés.
Le forage est un processus fastidieux. Un trépan rotatif au bout d’un tuyau creux rempli de boue broie la roche, ne pénétrant que de quelques centimètres par minute pour les roches très dures. En supposant une progression constante à ce rythme, il faudrait des centaines d’années pour percer la Terre.
Plus le trépan est profond, plus il faut de temps pour remplacer les pièces cassées. De plus, les kilomètres de tiges de forage peuvent devenir si lourds qu’il est impossible de les tordre ou de les sortir du trou.
La pression est également un problème. Les parois des trous de forage sont soumises à une pression énorme et ont tendance à s’effondrer. Le lent mouvement du manteau terrestre finirait par provoquer la flexion et l’effondrement d’un trou de forage. Le magma, les gaz et le métal liquide présents dans les profondeurs de la Terre, soumis à une pression énorme, pourraient exploser à travers le trou de forage en direction de la surface.
Les technologies de forage actuelles ne sont tout simplement pas assez rapides ni assez durables pour percer le manteau et le noyau de la Terre. Mais nous pouvons encore nous émerveiller devant des réalisations telles que le forage superprofond de Kola et la mine de Bingham Canyon, et rêver de déterrer des roches à des profondeurs encore plus grandes.
Et comme la curiosité n’a pas d’âge, adultes, faites-nous part de vos interrogations. Nous ne pourrons pas répondre à toutes les questions, mais nous ferons de notre mieux.
Andrew Gase, Assistant Professor of Geoscience, Boise State University
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article original.
