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De nouveaux détails de l'intérieur de la Terre révélés par la sismologie

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Des géophysiciens du MIT ont eu l'idée d'utiliser les toutes dernières techniques d'imagerie sismique pour la recherche des gisements de pétrole afin d'obtenir des détails du manteau terrestre. Les images obtenues sont les meilleurs jusqu'ici et elles permettent de reconstruire le champ de température interne avec une meilleure précision.

Les ondes sismiques traversant le manteau et réfléchies par la surface du noyau ont permis, à l'aide de plus de 100 000 enregistrements, de fournir une véritable tomographie du manteau.
Robert van der Hilst et Ping Wang (Crédits : Donna Coveney).

Robert van der Hilst est professeur des sciences de la Terre au prestigieux MIT. En collaboration avec son étudiant de thèse Ping Wang, et des collègues (University of Illinois, Colorado School of Mines, MIT, Purdue), il a obtenu une carte en 3 dimensions du manteau et, surtout, de la mystérieuse zone frontière entre celui-ci et le noyau, à près de 3 000 km de profondeur. La technique pour obtenir cette carte a consisté à étudier les ondes sismiques s'étant réfléchies sur cette interface.

Il faut savoir qu'en fonction des caractéristiques minéralogiques, et de la pression régnant dans une zone précise de l'intérieur de la Terre, le type d'ondes s'y propageant et la vitesse de celles-ci seront différents. En résolvant ce qu'on appelle un problème inverse, les géophysiciens sont donc capables de reconstruire la forme et la nature des couches de roches en fonction des ondes sismiques les traversant.

Si l'on connaît la pression et la composition minéralogique en un endroit donné, on peut en déduire alors la valeur de la température y régnant. Or, une roche appelée perovskite se transforme à une température et à une pression donnée en post-perovskite. On savait déjà que ces types de roches existaient à l'interface noyau-manteau, mais personne ne pouvait dire à quelle profondeur exacte la transition de phase entre les deux roches se produisait. C'est maintenant possible grâce à cette technique, ce qui à son tour a fourni une estimation de la température dans cette zone.

Pour aboutir à ces résultats, les chercheurs ont profité des nombreuses stations sismiques rapprochées en Amérique Centrale, ayant enregistré au cours des années de petits et de grands séismes. C'est une des rares régions où cette proximité permet d'enregistrer les ondes sismiques s'étant réfléchies sur le cœur. Les milliers de stations présentes sont essentielles pour se rapprocher des conditions de prospection en géophysique où de très nombreuses explosions peu distantes sont la clé pour obtenir la quantité d'information nécessaire à la formation d'une image des couches géologiques.

La mesure de ce champ de températures est importante, notamment parce qu'elle aide à comprendre le flux de chaleur entre le noyau et le manteau. Or, de manière générale, ce flux à l'intérieur de la Terre est étroitement couplé aux mécanismes de génération de son champ magnétique et à la convection dans le manteau. On pense aussi que beaucoup de points chauds, comme ceux d'Hawaï et d'Islande, prennent naissance précisément vers l'interface noyau-manteau où des instabilités thermiques sont à la source de remontés de panaches de matières chaudes.

Les études ont aussi montrés qu'il existait une complexité inattendue dans le manteau, qui se trouve être plus hétérogène que prévu. Ceci n'est pas pour déplaire aux chercheurs qui s'attendent à de nouvelles surprises dans les années à venir en exploitant plus à fond et ailleurs sur la planète cette technique!