Des scientifiques du laboratoire Magmas et Volcans (CNRS/IRD/Université Blaise Pascal/Université Jean Monnet) et de l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) ont recréé les conditions extrêmes que l'on trouve entre le noyau et le manteau terrestres, à 2900 km sous la surface (Il existe de nombreuses acceptions au mot surface, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, souvent abusivement confondu avec sa mesure - l'aire ou la superficie.), pour produire du magma. Avec l'aide du faisceau de rayons X de l'ESRF, le plus brillant au monde (Le mot monde peut désigner :), ils ont pu soumettre quelques échantillons microscopiques de roches à ces pressions et températures extrêmes. Les résultats montrent pour la première fois que la roche partiellement fondue "flotte" et a tendance à remonter dans le manteau. Ces expériences confirmeraient l'hypothèse selon laquelle les volcans de points chauds tels que ceux des îles hawaïennes proviennent de "panaches", courants de magma issus de l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir fonctionner correctement.) entre noyau et manteau. Ces résultats ont été publiés le 19 juillet 2012 dans Nature.


La plupart des volcans sont situés à l'endroit où les plaques continentales se rencontrent (phénomène de subduction) ou se séparent (associées aux dorsales océaniques) et sont générés par des magmas issus de la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour...) partielle du manteau superficiel. Les "points chauds" volcaniques sont d'une nature complètement différente car ils peuvent se trouver loin des frontières de plaques. Les îles Hawaïennes, par exemple, sont une chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) volcanique dont l'origine serait un mystérieux point (Graphie) chaud remontant des plus grandes profondeurs de la Terre (La Terre, foyer de l'humanité, est surnommée la planète bleue. C'est la troisième planète du système solaire en partant du Soleil.). La nature et l'origine de ces points chauds apportant du magma à la surface de la Terre interpellent les scientifiques. Une explication serait que des courants de magma produits à l'interface entre le noyau liquide (La phase liquide est un état de la matière.) de fer fondu et le manteau solide composé de silicates remonteraient vers la surface. La preuve formelle de l'existence de ces courants étroits appelés "panaches" n'a pas encore pu être faite notamment du fait de la précision encore insuffisante des images sismiques.

Mais quel matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) de l'interface noyau/manteau serait alors suffisamment léger pour remonter d'une profondeur de 2900 km à travers le manteau solide ? C'est la question que Denis Andrault et ses collègues ont essayé de résoudre en reproduisant en laboratoire les conditions extrêmes existant à l'interface noyau/manteau. Ils ont synthétisé des roches de composition chondritique (1), typiques du manteau profond et primitif. Ils en ont ensuite comprimé de minuscules éclats (de la taille d'un grain (En météorologie maritime: Un grain est un vent violent et de peu de durée qui s'élève soudainement et qui est généralement accompagné de précipitations....) de poussière, soit une cinquantaine de microns) entre deux pointes de diamant coniques, créant ainsi une pression (La pression est la force exercée sur une surface donnée.) de plus d'un million d'atmosphères. Un faisceau laser (L'effet laser est un principe d'amplification cohérente de la lumière par émission stimulée. Laser est l'acronyme anglais de « Light Amplification by Stimulated...) a permis de chauffer les échantillons à des températures comprises entre 3000 et 4000 degrés Celsius, des températures typiques de la couche la plus profonde du manteau qui s'étale sur 200 km d'épaisseur au-dessus de l'interface noyau/manteau. Les échantillons sont extrêmement petits par rapport aux phénomènes naturels se produisant dans le manteau profond. Pourtant, les phénomènes de fusion sont reproduits de façon très satisfaisante et l'analogie de l'échelle de quelques microns dans les expériences à l'échelle des kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458...) dans le manteau profond est donc fiable.

Un faisceau ultra-fin de rayons X, d'un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.) micrométrique, a été employé pour cartographier les échantillons et identifier les régions où la roche avait fondu, en utilisant la méthode de la diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d'une onde par les points de l'objet. La diffraction se...) X. Une fois les régions fondues identifiées, une autre technique d'analyse mise en œuvre à l'ESRF, la fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir à caractériser un matériau.) X, a permis de comparer la composition chimique des parties solides et celles ayant fondu auparavant. Ces résultats d'une grande précision ont permis de montrer que la roche fondue dans ces conditions de température (La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de son énergie thermique. Elle est définit par l'équilibre de transfert de chaleur avec d'autres systèmes.) et de pression est en fait plus légère que le solide.

Sous l'effet de la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), la roche liquide - plus légère - se déplace vers la surface de la Terre, où le panache de magma forme un volcan. Cette étude montre que les points chauds peuvent effectivement se former dans la région intermédiaire entre le manteau inférieur solide et le noyau extérieur liquide où la température passe en moins de 200 kilomètres de 3000 à 4000 degrés.

Les résultats de cette expérience sont essentiels pour mieux comprendre la formation des points chauds qui, comme en Islande ou à la Réunion, peuvent provoquer des éruptions volcaniques aux conséquences parfois désastreuses pour les populations. Ils éclairent aussi l'histoire primitive de la Terre car ils peuvent expliquer comment des éléments chimiques importants pour notre vie de tous les jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa...) ont pu s'accumuler dans la croûte terrestre, très près de la surface, alors qu'ils proviennent de l'intérieur profond de notre planète (Selon la dernière définition de l'Union astronomique internationale (UAI), « une planète est un corps céleste (a) qui est en orbite autour du Soleil, (b) qui possède une masse...).



Note:

(1) Composition chondritique: composition d'un certain type de météorites qui sont pressenties pour être à l'origine de la formation de la Terre.


Référence:

“Solid-liquid iron partitioning in the Earth's deep mantle”, Denis Andrault, Sylvain Petitgirard, Giacomo Lo Nigro, Jean-Luc Devidal, Giulia Veronesi, Gaston Garbarino and Mohamed Mezouar, Nature, 19 July 2012.