Sous nos pieds, à des centaines de kilomètres de profondeur, se cache un monde invisible et pourtant essentiel: le manteau terrestre. Longtemps, les scientifiques ont pensé comprendre sa structure et son fonctionnement. Mais une récente découverte vient bouleverser cette vision, avec la découverte d'une structure inattendue sous l'océan Pacifique au cœur même du manteau.
Le manteau terrestre, cette couche située entre la croûte et le noyau, est le théâtre de mouvements lents mais puissants. Ces mouvements, appelés convection, sont responsables de la tectonique des plaques. Les plaques océaniques, plus denses, plongent dans le manteau au niveau des zones de subduction, tandis que le matériau chaud remonte vers la surface. Ce cycle façonne notre planète depuis des milliards d'années.
Grâce à un nouveau modèle, les chercheurs mettent en évidence des zones du manteau terrestre inférieur où les ondes sismiques se déplacent plus lentement (en rouge) ou plus rapidement (en bleu). La grande zone bleue du Pacifique occidental (à droite au-dessus du centre de l'image) n'était pas connue jusqu'à présent. Graphique: Sebastian Noe / ETH Zurich
La tectonique des plaques: un modèle bien établi
Selon ce modèle, les plaques tectoniques submergées devraient se trouver près des zones de subduction, là où elles plongent dans le manteau. Ces plaques froides et denses modifient la vitesse des ondes sismiques qui les traversent, permettant aux scientifiques de les localiser.
Cependant, une équipe de géophysiciens de l'ETH Zurich a découvert des anomalies. Ces zones, où les ondes sismiques se comportent différemment, suggèrent la présence de matériaux de température ou de composition inhabituelle. Ces découvertes remettent en question notre compréhension de la dynamique du manteau.
Une technique innovante pour explorer le manteau
Pour parvenir à ces résultats, les chercheurs ont utilisé une méthode innovante appelée inversion complète des formes d'ondes (Full Waveform Inversion). Contrairement aux techniques traditionnelles, qui se concentrent sur un seul type d'onde sismique, cette approche analyse l'ensemble des ondes générées par les tremblements de terre.
Cette méthode, bien plus précise, permet de reconstituer une image détaillée de l'intérieur de la Terre. Les chercheurs ont ainsi pu identifier des anomalies dans des zones où les modèles précédents ne détectaient rien. Cette avancée technologique a été rendue possible grâce à l'utilisation du supercalculateur Piz Daint, capable de traiter des quantités massives de données.
Des anomalies là où on ne les attendait pas
Grâce à cette modélisation haute résolution, les chercheurs ont identifié des zones anormales sous l'océan Pacifique occidental, loin de toute zone de subduction connue. Ces anomalies pourraient être des vestiges de plaques anciennes ou des accumulations de roches riches en fer ou en silice.
Ces résultats, publiés dans Scientific Reports, montrent que le manteau terrestre est bien plus complexe que prévu. Les scientifiques ignorent encore l'origine exacte de ces anomalies, mais elles pourraient provenir de matériaux datant de la formation de la Terre il y a quatre milliards d'années.
Vers une nouvelle compréhension de la Terre
Pour expliquer ces découvertes, les chercheurs envisagent plusieurs hypothèses. Ces anomalies pourraient être des restes de plaques tectoniques anciennes, ou bien des zones où des roches riches en fer se sont accumulées au fil du temps.
Ces travaux ouvrent la voie à de nouvelles recherches pour affiner les modèles du manteau terrestre. Ils rappellent que notre planète recèle encore de nombreux mystères, notamment dans ses profondeurs inaccessibles.
Pour aller plus loin: Qu'est-ce que l'inversion complète des formes d'ondes ?
L'inversion complète des formes d'ondes (Full Waveform Inversion) est une technique avancée utilisée en géophysique pour étudier la structure interne de la Terre. Elle fonctionne un peu comme une échographie médicale, mais à l'échelle planétaire. Alors que les médecins utilisent des ultrasons pour visualiser les organes sans ouvrir le corps, les géophysiciens analysent les ondes sismiques pour cartographier les profondeurs de la Terre sans forer.
Cette méthode va plus loin que les techniques traditionnelles, qui se contentent d'étudier un seul type d'onde sismique. Elle examine l'ensemble des ondes générées par les tremblements de terre, offrant une image bien plus précise et détaillée. Tout comme une IRM permet de voir des détails invisibles à l'échographie standard, cette approche révèle des anomalies subtiles dans le manteau terrestre.
Grâce à cette technique, les scientifiques ont découvert des zones rocheuses inattendues. Ces anomalies, situées loin des zones de subduction, remettent en question notre compréhension de la dynamique interne de la Terre. En combinant puissance de calcul et analyse fine des ondes, cette méthode ouvre une nouvelle fenêtre sur les mystères de notre planète.
Qu'est-ce que le manteau terrestre ?
Le manteau terrestre est une couche intermédiaire située entre la croûte terrestre et le noyau de la Terre. Il s'étend sur environ 2 900 kilomètres d'épaisseur et représente près de 84 % du volume de notre planète. Composé principalement de roches riches en silicates, fer et magnésium, il joue un rôle central dans la dynamique de la Terre.
Bien que solide, le manteau se comporte comme un fluide visqueux sur des échelles de temps géologiques. Ce phénomène, appelé convection mantellique, entraîne des mouvements lents mais puissants qui influencent la tectonique des plaques, les tremblements de terre et l'activité volcanique. Ces mouvements sont alimentés par la chaleur provenant du noyau terrestre.
Le manteau est divisé en deux parties: le manteau supérieur et le manteau inférieur. Le manteau supérieur, plus proche de la surface, est le siège de la formation et du recyclage des plaques tectoniques. Le manteau inférieur, plus dense et plus chaud, reste encore mal compris en raison de son inaccessibilité.
L'étude du manteau terrestre repose sur des méthodes indirectes, comme l'analyse des ondes sismiques. Ces techniques permettent de cartographier sa structure et de mieux comprendre son rôle dans l'évolution géologique de la Terre.
Qu'est-ce que la tectonique des plaques ?
La tectonique des plaques est une théorie scientifique qui explique la structure et les mouvements de la surface terrestre. Selon cette théorie, la lithosphère (la couche rigide externe de la Terre) est divisée en plusieurs plaques tectoniques qui flottent et se déplacent lentement sur le manteau visqueux. Ces mouvements sont responsables de phénomènes géologiques majeurs comme les tremblements de terre, les éruptions volcaniques et la formation des montagnes.
Les plaques tectoniques interagissent entre elles de différentes manières. Elles peuvent s'éloigner (divergence), se rapprocher (convergence) ou glisser l'une contre l'autre (transformation). Ces interactions créent des zones de subduction, où une plaque plonge sous une autre, et des dorsales océaniques, où de nouvelles croûtes se forment.
La tectonique des plaques est alimentée par la chaleur interne de la Terre, qui provoque des mouvements de convection dans le manteau. Ces mouvements poussent les plaques à se déplacer de quelques centimètres par an, remodelant continuellement la surface de la planète sur des millions d'années.
Cette théorie, formulée dans les années 1960, a révolutionné notre compréhension de la géologie. Elle explique non seulement la répartition des continents et des océans, mais aussi l'évolution de la Terre à travers les âges géologiques.