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La convection du manteau terrestre, redoutable énigme peut-être résolue

ActualitéClassé sous :géologie , convection manteau , couche convective

Depuis des décennies, géophysiciens et géochimistes s'affrontent au sujet de la structure convective du manteau terrestre. Y a-t-il une ou deux couches ? Un chercheur français, Francis Albarède, pense avoir tranché la question, s'offrant le luxe de réconcilier les observations des deux communautés.

Les deux modèles pour la convection mantellique. Crédit : Rob Butler / Clare Gordon

Pour les géophysiciens, cela ne faisait aucun doute. De la même manière que le bruit que fait un instrument de musique nous renseigne sur la composition et la forme du matériau le composant, les ondes sismiques enregistrées partout sur la planète indiquaient un manteau terrestre complètement brassé par de lents mais vigoureux mouvements de convection à l'échelle géologique des millions d'années.

« Impossible ! » répondaient les géochimistes. Si tout le manteau était une seule couche convective, alors nous n'observerions pas de telles différences entre les rapports de certains isotopes d'éléments, comme l'hélium, selon que l'on étudie les laves provenant du manteau supérieur ou du manteau inférieur.

On sait en effet que notre planète résulte de l'accrétion de météorites et de planétésimaux possédant une certaine composition chimique initiale moyenne rappelant celle de l'atmosphère solaire. Or, au début de l'histoire convective de notre planète, un dégazage s'est produit qui a dû appauvrir le manteau en certains de ses éléments. Si le brassage de la matière affectait la totalité  du manteau, on n'observerait pas cet appauvrissement uniquement dans les laves venant du manteau supérieur mais dans toutes les laves : il doit donc exister deux couches convectives ne communiquant pas.

Francis Albarède. Crédit : ENS Lyon

Tout le monde a raison

Les observations et les arguments dans un sens ou dans l’autre s’accumulaient depuis des années sans que l'un des camps l’emporte vraiment. Mais les choses pourraient bien changer avec la publication dans Science d'un article de Francis Albarède, du Laboratoire des sciences de la Terre (CNRS, ENS-Lyon, Université Lyon 1). Pour lui, les isotopes, qui étaient initialement présents dans un certain rapport, comme ceux d'hélium et de néon, ne résideraient plus dans leur réservoir d'origine depuis bien longtemps. Dissous dans l'ensemble du manteau au tout début de l'histoire de la Terre, ils auraient migré très tôt dans des roches réservoirs réfractaires à la fusion et suffisamment dures pour ne pas être étirées facilement par les mouvements de convection.

L'ensemble du manteau serait bien en convection, qui brasserait donc une seule couche, comme l'indique les données sismologiques. Mais selon les conditions de fusion dans le manteau, les noyaux réfractaires pourraient libérer les isotopes d'hélium et de néon et enrichir le magma produit par la fusion partielle du manteau, conduissant aux différences observées entre les laves des dorsales médio-océaniques et celles des points chauds, comme ceux d'Hawaï et d'Islande.

Ce serait ainsi la solution de l'énigme et le moyen de rendre compatibles toutes les données géochimiques et géophysiques.

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