Recherchez sur tout Techno-Science.net
       
Techno-Science.net : Suivez l'actualité des sciences et des technologies, découvrez, commentez
Posté par Adrien le Mercredi 17/01/2018 à 00:00
Confirmation expérimentale de la fusion partielle du manteau terrestre profond
La structure et la dynamique interne de la Terre ont un fort impact sur les phénomènes géologiques se produisant à la surface du globe, comme le volcanisme et la tectonique des plaques. Depuis plusieurs années, certains modèles proposent la présence de magmas à plusieurs centaines de 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...) de profondeur dans le manteau terrestre. Or des chercheurs du Laboratoire magmas et volcans (LMV/OPGC, UCA / CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / IRD / UJM) et de la Case western reserve university (USA) viennent de reproduire expérimentalement 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 une substance constituée de molécules toutes identiques,...) partielle des roches mantelliques aux conditions régnant à la base du manteau supérieur, entre 350 et 410 km de profondeur, soit 12-15 GPa, environ 1400°C et en présence d'un peu d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.). Pour la première fois, ils ont pu observer in situ l'effet de la fusion sur la vitesse (On distingue :) de propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes électromagnétiques dans les milieux. On distingue...) sonores et la conductivité électrique (La conductivité électrique est l'aptitude d'un matériau à laisser les charges électriques se déplacer librement, autrement dit à permettre le passage du courant électrique.). Les signaux qu'ils ont mesurés sont tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) à fait compatibles avec les mesures géophysiques, ce qui confirme la présence d'une fine couche partiellement fondue à ces profondeurs, dans le manteau.

La structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus...) est bien connue dans son ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...), mais elle réserve encore quelques zones d'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement partiellement opaque) entre une source de lumière et la...). Entre 410 et 660 km de profondeur, se situe la zone de transition qui est considérée comme le plus grand réservoir d'eau de notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité...) (jusqu'à 2 fois la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution...) des océans) à la faveur de minéraux dont la structure cristallographique permet l'incorporation d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.). Ces roches ne sont pas piégées dans cette zone indéfiniment, mais bien soumises à des mouvements verticaux associés à la convection (La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est advectée (transportée-conduite, mais ces termes sont en fait impropres) par au moins un fluide. Ainsi durant la cuisson des pâtes, l'eau se met en mouvement...) globale du manteau terrestre. Leur remontée passive au-dessus de 410 km s'accompagne d'un changement de structure cristallographique du composé principal qui se transforme de wadsleyite en olivine. L'olivine ne pouvant incorporer qu'une relativement faible quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la...) d'hydrogène, cette transformation de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) entraîne la libération d'eau et la fusion partielle du manteau. C'est précisément ce modèle que les chercheurs ont confirmé par la reproduction (La Reproduction. Eléments pour une théorie du système d'enseignement est un ouvrage de sociologie co-écrit par Pierre Bourdieu et Jean-Claude Passeron paru en 1970 aux éditions de Minuit.) à l'identique de la fusion partielle dans les conditions de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.), température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de...) et de concentration en eau typiques du manteau terrestre profond.

Pourtant, la confirmation expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan culturel et politique. En science, il...) de ce phénomène n'était pas chose simple. Il fallait d'une part reproduire la fusion, mais surtout mettre en place des sondes internes: la mesure de la conductivité électrique a été utilisée pour la détection in situ de la fusion partielle de l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents...), alors que la mesure de la vitesse de propagation des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) sonores a permis une comparaison directe avec les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) géophysiques. Les expériences montrent que la diminution des vitesses sismiques reportées par les sismologues est compatible avec un degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) de fusion partielle très faible, de l'ordre d'un pourcent en volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) de cette région du manteau. Ceci se produit lorsque la concentration en eau dans le manteau est typiquement de deux grammes par kilogrammes (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse du Système international d'unités (SI).) de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de minéraux,...) mantellique. L'analyse chimique des magmas produits indique pourtant que ces magmas sont très riches en eau, avec une concentration supérieure à 15%, alors que les basaltes observés à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) de la Terre n'en contiennent que 2 à 3% ! Les magmas des grandes profondeurs ont aussi une très forte concentration en fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans...) et en éléments alcalins. Avec une telle composition, on estime la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme...) de ces liquides est similaire à celle des roches du manteau dans la zone de transition. Il est donc fort probable que ces magmas soient gravitationnellement piégés dans une couche située juste au-dessus de la discontinuité à 410 km de profondeur. Une telle hypothèse est tout à fait compatible avec les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très...) sismologiques.


Microphotographies des échantillons étudiés montrant les différentes espèces minérales composant les roches ainsi que les fins films de magmas à l'échelle micrométrique. Un exemple d'ondes sonore/sismiques mesurées pendant l'expérience a été inséré en noir.

La présence d'une telle couche de manteau partiellement fondu a de grandes conséquences sur notre compréhension de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) interne de la Terre, en particulier sur la ségrégation chimique et la différenciation des réservoirs mantelliques. Ces magmas profonds contiennent non seulement une importante quantité d'eau, mais aussi des éléments dits incompatibles (préférant le liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) au résidu solide). Cette couche de manteau pourrait jouer le rôle de barrière chimique entre la Terre profonde et les parties plus superficielles, laissant le manteau supérieur relativement sec et appauvri. À l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1...), les magmas stockés dans cette région seront aussi susceptibles de remonter vers la surface de la Terre, si leur densité est affectée par une augmentation locale de la teneur en eau ou de la température. Ainsi, cette portion de manteau partiellement fondu pourrait expliquer certains volcanismes de type point (Graphie) chaud.

Commentez et débattez de cette actualité sur notre forum Techno-Science.net. Vous pouvez également partager cette actualité sur Facebook, Twitter et les autres réseaux sociaux.
Icone partage sur Facebook Icone partage sur Twitter Partager sur Messenger Icone partage sur Delicious Icone partage sur Myspace Flux RSS
Source: CNRS-INSU
 
Page générée en 0.180 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - Informations légales