Océan de magma au centre de la terre
La rencontre du manteau de la croute terrestre avec le noyau de la Terre entrainerait une fusion partielle qui renforce l’hypothèse d’un océan magmatique. C’est ce qu’a vérifié une équipe de chercheurs en géophysique grâce à l’utilisation de la diffraction du rayon X sur une source de lumière de l’European Synchrotron Radiation Facility de Grenoble. Cette découverte est une étape importante dans la compréhension du cœur de notre planète et de son histoire.
Guillaume Fiquet, chercheur CNRS et membre de l’équipe de recherches, répond à nos questions.
Image obtenue par microscope électronique à balayage qui montre un échantillon de manteau après transformation. Une matrice constituée de (Mg,Fe)SiO3 (gris clair), le minéral le plus abondant de la Terre car stable dans le manteau inférieur. Les veines et poches de liquides (gris foncé) sont enrichies en fer et calcium. Echelle: barre horizontale = 2 micromètres.
En quoi consistent vos recherches et quels en sont les premiers résultats?
Nos expériences permettent de vérifier expérimentalement qu’une partie du manteau peut fondre. Il existe des observations sismologiques qui, il y a presque quinze ans, ont été interprétées en faisant appel a une fusion partielle du manteau à l’interface noyau/manteau. Un modèle plus récent (Labrosse et al., 2007) proposait qu’une couche fondue en base de manteau puisse être une relique du magma océan, état partiellement fondue de la planète souvent invoqué pour expliquer la différenciation de la Terre au tout début de son histoire. Le manteau terrestre est un ensemble rocheux solide. Les processus de fusion partielle sont plutôt observés en surface (ou sub-surface jusqu’a 200 ou 300 km de profondeur) avec des roches chaudes qui fondent lorsqu’elles remontent, principalement par décompression. Nous voilà maintenant avec une couche de quelques kilomètres partiellement fondue en base de manteau. Ceci est dépendant toutefois de la température du noyau, qui doit être au minimum de 4200 ou 4300 K coté manteau pour que ce dernier puisse fondre.
La séquence de fusion et l’analyse des liquides produits lors de cette fusion partielle permettent de savoir que ces liquides seront a priori denses, donc stables en base de manteau.
Combien de temps de travail cela représente t-il?
L’ensemble des mesures s’est étalé sur un peu plus d’un an. L’originalité des mesures est l’utilisation de critères de fusion par diffraction de rayons X (qui nous permet d’identifier les structures minérales disparaissant, et l’apparition concomitante d’un signal de diffusion du liquide). L’utilisation de la source de rayons X ESRF implique la rédaction d’un projet qui doit être auparavant jugé par un comité international pour l’obtention du temps de faisceau. Cela rajoute un temps de gestation d’à peu près six mois. Au total donc, 1 an et demi.
Suite à ces récentes découvertes, qu’elles sont les prochaines étapes de vos recherches?
Nous savons que les plaques lithosphériques qui retournent dans le manteau par un processus de subduction peuvent aller jusqu’en base de manteau. Les images sismologiques montrent très clairement la signature thermique de certaines de ces plaques, assez basses dans le manteau inférieur. Il est dont important de savoir si ces plaques, lorsqu’elles arrivent en base de manteau, peuvent également subir une fusion partielle. Il y plusieurs composantes dans une lithosphère océanique: une fine pellicule sédimentaire, une croute basaltique et une partie de manteau lithosphérique. Ce dernier est très réfractaire, mais la croute basaltique est une bonne candidate. De plus, cette croute a été extraite du manteau lors de sa fabrication, et donc enrichie en de nombreux éléments incompatibles (qui ont une préférence pour les liquides). Lors de son retour dans le manteau, une telle croute est donc porteuse d’une grande hétérogénéité chimique par rapport au manteau. Si cette croute participe à la fusion en base de manteau, ces éléments peuvent se retrouver mobilisés. Ces expériences permettraient par exemple d’évaluer la connexion avec certaines laves émises à l’aplomb de points chauds, dont les signatures géochimiques font penser que les matériaux sources remontent de la base du manteau.
Orianne Olive
Photo: © G. Fiquet, IMPMC
