Les diamants sont précieux, tout autant pour les bijoutiers que pour les scientifiques ! Car ils renferment de nombreuses informations sur les conditions qui règnent dans les profondeurs de la Terre. La découverte d’un diamant rare a ainsi permis de mettre en évidence que l’eau est présente bien plus profondément dans le manteau que ce que l’on supposait jusqu’à présent.

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Avec 70 % de la surface de la Terre recouverte d'océans, l'eau est l'un des composants majoritaires de notre environnement. Ce n'est toutefois pas le cas lorsqu'on s'enfonce dans les entrailles de notre Planète. L'eau reste cependant présente au sein des roches de la croûtecroûte et du manteau supérieur. Sa présence est d'ailleurs un facteur essentiel dans nombre de réactions minéralogiques et notamment dans le processus de fusion partiellefusion partielle. L'hydratationhydratation des roches du manteau abaisse en effet le point de fusion de nombreux minérauxminéraux, permettant la génération de magmamagma à des températures plus faibles. Il faut souligner qu'au sein des roches, l'eau ne se présente pas sous forme libre, comme dans les océans, mais s'intègre à la composition minéralogique. On parlera ainsi de minéraux hydratés.

Un manteau hydraté, mais surtout dans sa partie supérieure

La présence d'eau au sein du manteau terrestre est cependant très hétérogène. Alors que certaines zones sont « sèches », d'autres sont marquées par une intense hydratation. Les vecteurs principaux de l’entrée d’eau au sein du manteau sont les zones de subduction. En effet, lorsqu'une plaque océanique passe sous une autre plaque, elle emporte avec elle des quantités phénoménales de sédiments marins gorgés d'eau. En s'enfonçant dans le manteau, ces sédiments vont subir une déshydratationdéshydratation sous l'effet de l'augmentation de la pressionpression, un peu comme une éponge que l'on presse. L'eau disponible va migrer au sein des minéraux du manteau sus-jacent, qui va lui s'hydrater.

Si le manteau supérieur contient de l'eau, les données manquent pour estimer la quantité d'eau présente dans le manteau inférieur. © mitopencourseware, Flickr, CC by-nc-sa 2.0
Si le manteau supérieur contient de l'eau, les données manquent pour estimer la quantité d'eau présente dans le manteau inférieur. © mitopencourseware, Flickr, CC by-nc-sa 2.0

Ce procédé d'hydratation des roches du manteau va se poursuivre au fil de la descente du slab (la plaque plongeante), avec un taux d'hydratation diminuant avec la profondeur. La présence de minéraux hydratés a cependant été attestée jusqu'à plus de 322 kilomètres de profondeur. Mais pour les scientifiques, cette hydratation devait rester principalement cantonnée au manteau supérieur, le manteau inférieur étant trop chaud et trop dense pour permettre l'inclusion d'eau au sein des minéraux.

Un diamant renfermant une mine d’information

Et pourtant, la découverte d'un type de diamant rare et bien spécifique contenant des inclusions de minéraux hydratés vient remettre en cause cette hypothèse. Les diamantsdiamants, qui sont normalement composés uniquement d'atomesatomes de carbonecarbone, se forment à très forte pression et haute température, dans les zones les plus profondes du manteau terrestre. Leur étude permet ainsi de déterminer les conditions qui règnent dans ces régions de la Terre et qui nous sont totalement inaccessibles.

Les diamants sont des minéraux précieux pour comprendre les conditions qui règnent dans les profondeurs inaccessibles du manteau terrestre. © Björn Wylezich, Adobe Stock
Les diamants sont des minéraux précieux pour comprendre les conditions qui règnent dans les profondeurs inaccessibles du manteau terrestre. © Björn Wylezich, Adobe Stock

Dans un article publié dans la revue Nature Geoscience, une équipe de scientifiques décrit cependant la présence de certaines inclusions atypiques dans un diamant retrouvé dans une mine au Botswana. Ces inclusions contiennent en effet un assemblage de minéraux jamais observé jusqu'à présent. Les scientifiques ont ainsi observé la présence de ringwooditeringwoodite, un minéral typique de la zone de transition marquant la limite entre le manteau supérieur et le manteau inférieur (de 410 à 660 km de profondeur), mais également de ferropériclase et d'enstatite. Or, ces deux minéraux sont typiques du manteau inférieur et témoignent d'une cristallisation à la base de la zone de transition, soit 660 km de profondeur. L'étude détaillée de cette inclusion complexe montre que la ringwoodite était en passe de se transformer en bridgmanite et ferropériclase sous l'effet des conditions de pression et température régnant à ces profondeurs. Fait notable et surprenant, cette transformation se serait opérée dans un contexte saturé en eau.

Les transformations de phase minérales au niveau de la zone de transition du manteau terrestre. © Smcminn1234, Wikimedia Commons, CC by-sa 4.0
Les transformations de phase minérales au niveau de la zone de transition du manteau terrestre. © Smcminn1234, Wikimedia Commons, CC by-sa 4.0

De l’eau jusqu’à 660 km de profondeur

Ces résultats révèlent que l'eau serait présente dans le manteau à des profondeurs insoupçonnées jusqu'à présent, a minima jusqu'à 660 km de profondeur, voire plus. Le fait que l'eau puisse être stockée à grande profondeur a des implications importantes, notamment pour la compréhension du cycle de l'eau au sein des roches terrestres, mais également pour la tectonique des plaques. La présence d'eau dans le manteau profond pourrait en effet influencer l'effet de convectionconvection qui anime le manteau terrestre et qui est l'un des moteurs de la tectonique des plaques.