Ce diamant brut de mauvaise qualité ne fait que quelques millimètres de long. Il contient cependant un trésor invisible à l'œil nu qu'ont révélé des études patientes menées pendant des années. Les méthodes de spectroscopie Raman et de diffraction des rayons X ont montré qu'il contenait des inclusions d'un minéral mythique dans le manteau : la ringwoodite. © Université de l’Alberta

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La Terre cache-t-elle l'équivalent d'un océan dans son manteau ?

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Ramenés en surface à l'occasion d'éruptions volcaniques, les diamants se forment à grande profondeur dans le manteau de la Terre. Des minéraux retrouvés dans des diamants brésiliens laissent penser que le manteau contiendrait d'énormes quantités d'eau piégées dans les roches.

Il y a deux ans, une équipe de chercheurs annonçait avoir découvert la preuve de l'existence d'immenses quantités d'eau, plus précisément l'équivalent de toute celle des océans à la surface de la Terre, dans les régions de son manteau comprises entre 410 et 660 km de profondeur. Il ne s'agissait pas bien sûr d'une preuve des théories pseudo-scientifiques de la Terre creuse. Cette eau est en effet sous la forme d'ions OHpiégés dans sa structure cristalline des roches à cette profondeur. La découverte avait été faite en analysant un minéral piégé sous forme d'inclusion dans un diamant provenant d'une mine située à Juína (Mato Grosso), au Brésil.

Une autre équipe analysant à nouveau un autre minéral retrouvé dans un diamant de la même mine vient de publier un article dans le journal Lithos dans lequel ses membres annoncent un résultat similaire. Mais cette fois-ci, la profondeur des roches du manteau échantillonnées par le diamant ramené en surface à l'occasion de l'éruption d’un volcan près de la rivière São Luíz,  il y a environ 90 millions d'années, est de 1.000 km !

Les fumerolles de Vulcano dans les îles éoliennes sont riches en vapeur d'eau provenant des entrailles de la Terre. © antbarff

C'est la conclusion à laquelle les chercheurs sont arrivés en étudiant un minéral bien connu retrouvé dans le diamant. Il s'agit de la ferropériclase, aussi appelée magnésiowüstite, une variété de périclase riche en fer, de formule (Mg,Fe)O. Les géophysiciens, géochimistes et minéralogistes la considèrent comme l'un des principaux constituants du manteau inférieur terrestre, associée à un silicate de magnésium et de fer possédant une structure célèbre, celle de la pérovskite.

Il y aurait donc bien plus d'eau dans le manteau qu'on ne le pensait jusqu'à présent. Cela a des implications potentielles pour les modèles de formation de la Terre, ceux expliquant l'origine de son eau et plus probablement sur le cycle de l'eau apportée en profondeur par les mouvements des plaques tectoniques, recrachée ensuite en surface par les éruptions volcaniques sous forme de vapeur d’eau. En tout cas, cela devrait permettre de comprendre un petit peu plus la géodynamique de notre planète à l'origine des mouvements des plaques.

Pour en savoir plus

Un océan à 600 kilomètres de profondeur dans le manteau ?

Article de Laurent Sacco publié le 17/03/2014

Connaissez-vous la ringwoodite ? Ce minéral, capable de piéger de l'eau dans sa structure cristalline et qui n'avait été trouvé que dans des météorites, vient d'être découvert dans un diamant. Cette trouvaille accrédite l'idée que la zone de transition du manteau contient de grandes quantités d'eau apportées par le recyclage des plaques océaniques subductées, peut-être autant que dans les océans à la surface de la Terre.

Alfred Edward Ringwood (1930-1993) est un des grands noms des géosciences. On lui doit les premiers modèles de composition globale de la Terre et des planètes déduits de la composition des météorites, ainsi que le modèle de composition chimique du manteau « pyrolitique » qui porte son nom. C'était l'un des pionniers de la géochimie des hautes pressions avec Francis Birch et Percy Bridgman. À la fin des années 1950 et au début des années 1960, ses travaux sur les roches et les minéraux dans les conditions de pression et de température du manteau ont conduit Ringwood à prédire l'existence d'un nouveau minéral alors inconnu. Il fut finalement trouvé dans une météorite tombée près de Tenham Station (Australie) en 1969.

Appelé ringwoodite en l'honneur du géochimiste, ce minéral est depuis longtemps supposé commun dans le manteau à des profondeurs comprises entre 400 et 600 kilomètres environ. Tout indique qu'il permet aux roches qui le contiennent de stocker d'importantes quantités d'eau (bien que sous forme non liquide). Les géologues en sont ainsi venus à penser qu'il existe peut-être l'équivalent d'un océan dans le manteau à ces profondeurs. En effet, la subduction des plaques océaniques doit injecter à ces profondeurs dans le manteau des roches contenant de notables quantités d'eau. Le temps de recyclage de la lithosphère océanique peut donc avoir permis l'accumulation de cette eau dans la zone du manteau contenant de la ringwoodite. Cependant, personne n'avait pu apporter la preuve que ce minéral existe bel et bien dans le manteau.

La sismologie et les expériences sur des matériaux à haute pression indiquent qu'il existe une zone de transition entre le manteau supérieur (upper mantle) et le manteau inférieur (lower mantle) à l'intérieur de la Terre. On pensait que l'olivine de la péridotite contenue dans les roches du manteau supérieur subissait un changement de phase en devenant de la ringwoodite. L'inclusion de ce minéral trouvée dans un diamant en provenance de l’État amazonien du Mato Grosso, au Brésil, prouve pour la première fois directement que cela doit bien être le cas. Capable de stocker jusqu'à 1,5 % de son poids en eau, ce minéral pourrait bien être responsable de l'existence d'un véritable océan, alimenté en eau par la subduction des plaques océaniques, au niveau de la zone de transition du manteau. © Université de l’Alberta

Ringwoodite et océan dans le manteau terrestre

Cette situation vient de changer à la suite de la publication dans Nature des résultats de travaux menés depuis plusieurs années par une équipe internationale de chercheurs. Tout a commencé par l'achat d'un diamant de mauvaise qualité provenant d'une mine située à Juína (Mato Grosso), au Brésil. Les diamants se forment dans le manteau et sont amenés en surface à l'occasion d'éruptions volcaniques violentes. Les laves qu'elles crachent donnent en se refroidissant en surface des roches appelées kimberlites. Les diamants qu'elles contiennent renferment donc des informations précieuses sur ce qui se passe dans le manteau. Les chercheurs étaient occupés à dater le diamant qu'ils avaient obtenu pour environ 20 dollars lorsqu'ils ont découvert par hasard en 2009 qu'il contenait une curieuse inclusion. Ils ont fini par se rendre à l'évidence : le petit diamant qui venait d'une profondeur de 525 km contenait de la ringwoodite.

Des études approfondies ont montré que cette ringwoodite était composée à 1,5 % d'eau sous forme d'ions OH- piégés dans sa structure cristalline. Si l'on considère que c'est une preuve que l'olivine du manteau change bien de phase en devenant de la ringwoodite dans la zone de transition du manteau, il pourrait donc exister, en quantité, l'équivalent de toute l'eau des océans dans les régions du manteau comprises entre 410 et 660 km de profondeur.

C'est une découverte importante, et pas uniquement parce qu'elle valide un modèle du manteau considéré depuis plusieurs décennies. En effet, on pense que l'une des raisons qui expliquent la présence de la tectonique des plaques sur la Terre et son absence sur Vénus (qui est pourtant d'une taille comparable à notre planète) est qu'il existe des océans dans un cas et pas dans l'autre. L'injection de roches hydratées dans le manteau modifierait son comportement, de sorte que cela permettrait à la tectonique des plaques de s'autoentretenir. Si tel est bien le cas, la disparition des océans dans environ un milliard d'années entraînera aussi celle de la dérive des continents.

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