Loin sous nos pieds se jouent des processus essentiels pour la dynamique terrestre. Or, cette dynamique est intimement liée à la nature et à la composition de manteau, qui est loin d’être homogène, comme le montre cette nouvelle étude.
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[EN VIDÉO] La sismologie, le stéthoscope qui écoute le cœur de la Terre « La Terre est opaque mais elle est transparente aux ondes sismiques » nous explique Jean-Paul Montagner, chercheur à l’IPGP (Institut de physique du Globe de Paris), en préambule de cette vidéo. Nous plongeons grâce à elle dans les entrailles de la Terre, pour y observer sa structure et comprendre l’origine des séismes.
Quelle est la structure du <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/planete/definitions/structure-terre-manteau-terrestre-2495/" class="tooltip-link" data-color="light-green" data-title="Manteau terrestre" data-number data-copy="Le manteau terrestre correspond à la partie du globe terrestre située entre la croûte et le noyau. Il s'étend donc entre 5 à 30 km (selon la nature de la croûte terrestre, continentale ou océanique) et 2.885 km de profondeur.
Le manteau, pourtant solide, est animé de courants de convection qui…” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/7/4/6/7466fb8049_50004180_terre-270907.jpg” data-url=”/planete/definitions/structure-terre-manteau-terrestre-2495/” data-more=”Lire la suite”>manteau profond ? Si elle peut paraître anecdotique, cette question est pourtant cruciale pour comprendre l’ensemble de la dynamique terrestre, et en particulier la convection mantellique qui est le moteur de la tectonique des plaques. Située à plus de 2.800 kilomètres de profondeur, cette zone influence également le <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/planete/definitions/volcanologie-volcanisme-972/" class="tooltip-link" data-color="light-green" data-title="Volcanisme" data-number data-copy="Épanchement à la surface d’une planète ou d’un satellite naturel d’un liquide, appelé lave ou magma, provenant de la fusion de l’intérieur de cet astre. La sortie du magma s’accompagne souvent d’émissions gazeuses.
Volcan : quelle différence entre la lave et le magma ?
Les morphologies créées…” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/9/e/0/9e09305935_113602_volcanisme.jpg” data-url=”/planete/definitions/volcanologie-volcanisme-972/” data-more=”Lire la suite”>volcanisme que nous observons en surface, mais est aussi intimement associée au processus responsable de de la dynamo terrestre et du champ magnétique de notre Planète.
Deux grandes anomalies de vitesse dans le manteau profond
La sismologie, grâce à l’étude des ondes sismiques qui traversent le globe, permet d’imager avec de plus en plus de précision ces zones internes de la <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/planete/definitions/structure-terre-terre-4725/" class="tooltip-link" data-color="light-green" data-title="Terre" data-number data-copy="Parmi les huit planètes du Système solaire, la Terre est l’une des quatre planètes telluriques, solides, de composition (roches silicatées et fer) et de densité moyenne voisines (entre 3,9 pour Mars et 6,1 pour Mercure), la densité moyenne de notre planète étant de 5,52.
Structure du globe…” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/8/4/f/84ff7edce5_123534_terre-apollo8.jpg” data-url=”/planete/definitions/structure-terre-terre-4725/” data-more=”Lire la suite”>Terre. Elle a notamment permis de mettre en évidence deux grandes structures à la base du manteau inférieur. Ces immenses structures, dont l’une est localisée sous l’Afrique et l’autre sous l’océan Pacifique, correspondent à des zones de faible <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-vitesse-324/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Vitesse" data-number data-copy="La vitesse est le rapport d'une longueur par un temps. Son unité du système international est le mètre par seconde (m.s-1).
La vitesse ayant une direction et une intensité est représentée par un vecteur, le vecteur vitesse. La vitesse relative est la vitesse d’un corps par rapport à un autre ou par rapport à un repère.” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/3/1/9/319daf63f4_77541_leibniz-dp.jpg” data-url=”/sciences/definitions/physique-vitesse-324/” data-more=”Lire la définition”>vitesse des ondes sismiques cisaillantes (LLSVP pour Large Low-Shear-Velocity Province). Ces deux structures sont ainsi identifiables comme des anomalies par rapport au reste du manteau inférieur, dont la vitesse est nettement plus élevée en raison de l’énorme pression régnant à cette profondeur. Cette variation de vitesse indique que les deux LLSVP présentent des différences majeures avec le reste du manteau. On ne sait cependant pas exactement en quoi consistent ces différences : différence de composition, de densité, de <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-viscosite-2018/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Viscosité" data-number data-copy="Propriété de résistance à l'écoulement uniforme et sans turbulence se produisant dans la masse d'une matière.
Elle est exprimée par un coefficient représentant la contrainte de cisaillement nécessaire pour produire un gradient de vitesse d’écoulement d’une unité dans la matière.
La simple…” data-url=”/sciences/definitions/physique-viscosite-2018/” data-more=”Lire la suite”>viscosité, de température… La difficulté que les scientifiques ont à comprendre l’origine et la nature de ces deux grandes anomalies vient principalement du fait que les caractéristiques du manteau inférieur tout entier sont encore très mal contraintes.
Pourquoi une si forte asymétrie ?
Des chercheurs se sont cependant intéressés à la morphologie de ces deux anomalies pour essayer de comprendre leur dynamique et leur évolution au cours du temps. L’anomalie localisée sous l’Afrique est particulièrement imposante : elle s’élève de 1.300 à 1.800 kilomètres au-dessus de la limite noyau-manteau, alors que l’anomalie sous le Pacifique n’atteint de 500 à 800 kilomètres de haut. L’anomalie africaine est donc environ deux fois plus haute que l’anomalie du Pacifique. À quoi est donc liée cette asymétrie ? Les deux structures se retrouvent pourtant étonnamment opposées, l’une de chaque côté du globe.
Certaines études suggèrent que la distribution de ces anomalies est contrôlée par les processus tectoniques qui se jouent en surface, et notamment par les zones de subduction. En effet, les slabs (plaques plongeantes) qui s’enfoncent profondément dans le manteau pourraient venir perturber la structure thermique au niveau de l’interface avec le noyau et entraîner un découpage des LLSVP.
L’anomalie sous l’Afrique serait moins dense que celle sous le Pacifique
Dans une nouvelle étude, deux chercheurs de l’université de l’Arizona (États-Unis) ont effectué des simulations numériques pour étudier l’évolution de ces anomalies en fonction de différents paramètres. Les résultats, publiés dans Nature Geoscience, montrent que la hauteur des anomalies est principalement contrôlée par la viscosité du manteau encaissant et par la densité du matériel composant l’anomalie. Leur hypothèse est que l’anomalie africaine aurait une composition différente et en particulier une densité plus faible que celles de l’anomalie sous le Pacifique, expliquant ainsi la différence de hauteur entre les deux structures.
Cette différence est appuyée par une récente étude portant sur la composition des <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/planete/definitions/structure-terre-basalte-1412/" class="tooltip-link" data-color="light-green" data-title="Basalte" data-number data-copy="Le basalte est une roche magmatique effusive à texture microlithique. De couleur sombre, il est donc issu du refroidissement du magma au contact de l'eau ou de l'air. Le basalte est le constituant principal de la couche supérieure de la croûte océanique.
Composition du basalte
Cette roche…” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/7/7/5/77529dcd51_45443_def-basalte-hartlutjosibennoehr-wikimediacommonsjpg.jpg” data-url=”/planete/definitions/structure-terre-basalte-1412/” data-more=”Lire la suite”>basaltes de points chauds localisés à l’aplomb des deux LLSVP, et elle montre que les laves issues du manteau sub-africain sont enrichies en matériaux d’origine continentale (peu dense) précédemment subductés durant le cycle de vie du supercontinent Pangée. Cette contamination continentale n’a pas été retrouvée dans les laves à l’aplomb de l’anomalie Pacifique. Cette différence suggère que les deux anomalies ont évolué de manière différente au cours du temps et que les échanges avec le manteau environnant ont été différents, l’anomalie africaine ayant probablement intégré une composante continentale arrivée en profondeur par le biais des subductions.
L’extension verticale de l’anomalie africaine l’amène « relativement » proche de la surface, ce qui pourrait expliquer la présence de supervolcans sur la plaque africaine depuis plusieurs centaines de millions d’années.
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