Nous avons tous à apprendre des expériences des autres. Cette fois, ce sont des géologues qui profitent d’un outil développé par des astrophysiciens pour étudier les entrailles de la Terre. © Tryfonov, Adobe Stock
Planète

Des astronomes font une découverte surprenante sur des structures à l'intérieur de la Terre

ActualitéClassé sous :Géologie , astrophysique , Algorithme

Et si le manteau de notre Terre n'était pas aussi homogène que l'imaginent les chercheurs ? C'est ce que laissent penser les résultats récemment obtenus par une collaboration entre géologues et astrophysiciens. Ils ont découvert des structures inconnues dans les profondeurs de notre Planète. En exploitant un outil créé pour explorer les profondeurs du cosmos. Brice Ménard, astrophysicien, nous apporte quelques précisions.

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[EN VIDÉO] Nyiragongo : l'étonnant travail des géologues sur le lac de lave  Olivier Grunewald, photographe de la nature, a suivi des géologues aventureux sur les bords du lac de lave du volcan Nyiragongo, en République démocratique du Congo, et en a tiré un documentaire captivant, Voyages au centre de la Terre. Les scientifiques, qui sont là devant une réserve de magma en connexion avec la chambre magmatique, mesurent les températures avec une caméra thermique et le relief avec des relevés au GPS. Le but est de comprendre la structure mouvante de ce volcan en activité. 

Nous imaginons parfois que la Terre a été explorée dans ses moindres recoins. Mais ce n'est pas tout à fait vrai. Surtout concernant ses entrailles. Une équipe de l’université du Maryland (États-Unis) vient de révéler d'ailleurs l'existence de structures insoupçonnées à l'interface entre le manteau et le noyau de notre Planète. Premiers éléments d'une carte qui pourrait redessiner les dessous de notre monde.

À 3.000 kilomètres sous nos pieds, en plein Pacifique, les géologues de cette équipe viennent en effet de découvrir de larges structures inconnues. Et plus spécifiquement en dessous d'Hawaï et des îles Marquises, des structures chaudes et denses. Laissant supposer que les fondations de ces îles pourraient trouver leurs sources à des profondeurs bien plus importantes : à l'interface entre le noyau liquide et le manteau solide de la Terre. « C'est un résultat surprenant », commente pour Futura, Brice Ménard, astrophysicien à l'université John Hopkins (États-Unis).

Les chercheurs sont noyés dans les données.

Mais que vient faire un astrophysicien dans cette aventure ? Il est celui qui a développé l'algorithme qui a permis cette découverte... des géologues. « Aujourd'hui, les chercheurs, tous les chercheurs, sont noyés dans les données. Il y en a de plus en plus. Il y en a trop pour qu'ils puissent les visualiser », nous explique-t-il. Impossible de traiter ces milliers, voire ces millions d'objets « à la main ». L'approche mathématique est devenue incontournable. En adoptant ce point de vue, l'horizon s'éclaire. « Tant que l'on sait ce que l'on cherche. » Cependant, les choses se compliquent lorsque l'on ne sait pas exactement ce que l'on attend des données en question.

« Il n'est pas si rare que des chercheurs trouvent, dans des données disponibles depuis des années, des objets ou des effets intéressants qui étaient restés cachés là, seulement parce que personne ne les avait cherchés. » Et c'est pour résoudre ce problème que Brice Ménard a développé le nouvel algorithme aujourd'hui sur le devant de la scène : le Sequencer.

La carte établie par les chercheurs grâce au Sequencer, un nouvel algorithme développé par des astrophysiciens. Y sont marqués, les séismes étudiés (étoiles orange), les sismomètres qui les ont enregistrés (triangles bleus) et Hawaï et les îles Marquises (triangles jaunes). La puissance des échos est traduite par des couleurs allant du violet foncé au jaune. Et les structures chaudes et denses révélées apparaissent à la limite du noyau liquide en fer de la Terre. © D. Kim, V. Lekíc, B. Ménard, D. Baron and M. Taghizadeh-Popp, Science

Un algorithme pour trouver même ce que l’on ne cherche pas

Alors que les intelligences artificielles classiques se basent sur un apprentissage, le Sequencer est capable de chercher... et de trouver par lui-même, des informations noyées dans un flot de données. « Le tout à partir d'une définition mathématique de ce qui est potentiellement intéressant. » Il y a quelques mois, cet algorithme a ainsi permis à l'équipe qui entoure Brice Ménard de définir une nouvelle façon d'estimer la masse des trous noirs supermassifs« Le Sequencer a trouvé une relation entre cette masse et certaines propriétés des galaxies qui hébergent ces trous noirs, précise l'astrophysicien. Avant, nous ne pouvions travailler que sur une centaine des galaxies les plus proches de nous. Désormais, c'est l'Univers tout entier qui s'ouvre à nous ».

Cette fois, les géologues ont injecté quelque 30 années de données sismologiques dans le Sequencer. Des milliers de sismogrammes générés par des centaines de tremblements de terre profonds et puissants -- de magnitude supérieure à 6,5 sur l'échelle de Richter. Car il faut savoir que les ondes sismiques émises par ces tremblements de terre peuvent renseigner les chercheurs sur la composition de l'intérieur de notre Planète. Un peu comme les ultrasons donnent aux médecins des images de l'intérieur de notre corps. Par interprétation de leurs échos. La difficulté, c'est que jusqu'alors, il était impossible aux géologues de distinguer dans ces signaux, les échos les plus faibles du simple bruit de fond.

Comme prévu, le Sequencer est parvenu à discriminer deux types d'échos du bruit de fond. Les premiers, dont l'amplitude décroît très vite avec le temps, trahissent la présence de structures dont les propriétés sont très différentes de celles du manteau environnant. Les seconds, dont l'amplitude décroît plus lentement, pourraient provenir de sources distribuées. Comme des vagues se déplaçant à la frontière de grandes régions à faible vitesse de cisaillement. La preuve, en tout cas, que la base du manteau terrestre est bien plus hétérogène que le pensaient jusqu'alors les géologues.

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