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Posté par Adrien le Vendredi 26/01/2018 à 00:00
La fusion partielle du manteau aurait retardé l'établissement de la tectonique des plaques pendant 2,5 milliards
La transition entre l'Archéen et le Protérozoïque coïncide avec le début de la tectonique des plaques telle que nous la connaissons aujourd'hui. Malgré son importance, la cause de cette transition géologique majeure reste méconnue. Une équipe de chercheurs du Laboratoire magmas et volcans (Université Clermont Auvergne/ 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 / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment...) Jean Monnet), du Synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires.) SOLEIL (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type...) et du laboratoire des Conditions extrêmes et matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.): haute température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie...) et irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou accidentellement) un organisme, une substance, d'un corps à un flux de rayonnements ionisants :...) (CNRS) ont mesuré la courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes polygonales et les cercles sont des courbes.) de 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, la fusion s'effectue à température...) du manteau jusqu'à environ 700 km de profondeur en utilisant 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.) et 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...) des rayons X. Ils observent une fusion partielle à des températures 200 à 250 degrés plus basses que celles généralement acceptées. Cela implique qu'une grande partie du manteau supérieur était partiellement fondue au cours de l'Archéen, lorsque le manteau était significativement plus chaud qu'aujourd'hui. Les chercheurs suggèrent que la cristallisation finale du manteau, à la fin de l'Archéen, a modifiée radicalement la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de la lithosphère (La lithosphère (littéralement, la « sphère de pierre ») est la partie superficielle et rigide du matériau dont sont faits les astres telluriques,...) et du manteau.


Le coeur de la presse multi-enclumes installée sur le synchrotron SOLEIL à Gif-sur-Yvette. Un faisceau de rayon X (illustré par le doigt) permet de détecter in situ la fusion 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 domaines :) mantellique comprimé au centre des enclumes cubiques jusqu'à une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) de plus de 250 000 atmosphères, soit plus de 670 km de profondeur dans le manteau. © Psiché à SOLEIL

Dans les premiers stades de la formation 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...), le manteau a fondu presque intégralement jusqu'à de grandes profondeurs. L'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) nécessaire provenait d'une combinaison (Une combinaison peut être :) de grands impacts météoritiques, de la désintégration radioactive et de l'énergie gravitationnelle relâchée lors de la ségrégation du noyau. Ensuite, l'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence renouvelée par des...) magmatique a rapidement cristallisé, selon des mécanismes physico-chimiques qui restent encore très débattus. Mais il ne fait pas de doute que l'intérieur de la Terre reste encore très chaud aujourd'hui, avec des régions du manteau partiellement fondues.

Par ailleurs, les études des terrains les plus anciens ont permis d'établir une série de changements majeurs représentée par l'échelle des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) géologiques. Concernant la Terre primitive, un changement majeur correspond à la transition entre l'archéen et le protérozoïque il y a 2.5 milliards d'années. A cette époque, la dynamique de la lithosphère dominée par le jeu de petites plaques instables est progressivement remplacée par la tectonique des plaques (La tectonique des plaques (d'abord appelée dérive des continents) est le modèle actuel du fonctionnement interne de la Terre. Elle est l'expression en...) telle que nous la connaissons aujourd'hui. Malgré l'importance de cette transition, ses causes profondes restent méconnues.

Pensant qu'il pouvait y avoir une relation entre les hautes températures régnant dans le manteau primitif et la dynamique de la lithosphère, les chercheurs ont entrepris d'affiner les propriétés de fusion du manteau supérieur, situé entre 100 km et 670 km de profondeur et correspondant à des pressions entre 5 et 25 GPa. Grâce à l'utilisation de méthodes de détection in situ de la fusion (la diffraction des rayons X et la conductivité électrique), ils ont détecté une fusion très progressive entre le solidus (apparition de la première fraction de liquide) et le liquidus (disparition des derniers cristaux). Aussi, les résultats convergent ( en astronautique, convergent en mathématiques, suite convergente série convergente ) pour une fusion du manteau de 200-250 K en dessous des températures précédemment reportées.

Une implication majeure est que le manteau supérieur devait donc être partiellement fondu pour les hautes températures régnant dans le manteau Archéen, et à fortiori au cours de l'Hadéen. Le degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) de fusion du manteau reste difficile a estimé précisément, car il dépend de nombreux paramètres. Néanmoins, la fusion partielle du manteau pourrait avoir couvert une large fraction du manteau supérieur, en particulier entre 100 et 400 km de profondeur. Pendant l'archéen, la fusion a pu favoriser un découplage mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...),...) entre la lithosphère et le manteau sur lequel elle repose, avant que plus tard, avec le refroidissement séculaire, la solidification (La solidification est l'opération au cours de laquelle un liquide passe à l'état solide. Cela peut se faire par refroidissement (cas le plus courant), par augmentation de la pression, ou bien par une combinaison des deux.) finale du manteau induise un changement de dynamique globale, avec l'établissement de la tectonique (La tectonique (du grec « τ?κτων » ou « tekt?n » signifiant batisseur, charpentier) est l'étude des structures géologiques d'échelle...) des plaques et la subduction (La subduction est le processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque de densité plus faible, en général une plaque océanique sous une plaque continentale ou sous une...) de la croute océanique.

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Source: CNRS-INSU