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Des montagnes à 660 kilomètres sous nos pieds
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Des montagnes à 660 kilomètres sous nos pieds

Le 9 juin 1994, un séisme de magnitude 8,2 a fait trembler la Bolivie. Grâce à de nouvelles méthodes d’analyse, Wenbo Wu, de l’Académie des sciences chinoise et de l’université Princeton, et ses collègues ont analysé les ondes sismiques alors mesurées pour étudier la structure interne de la planète. Et ils ont découvert des structures irrégulières à 660 kilomètres de profondeur, avec un relief accidenté similaires à celui des montagnes à la surface de la Terre.

Les géophysiciens utilisent depuis longtemps les ondes sismiques pour cartographier la structure interne de la Terre. Le globe terrestre ressemble à un oignon, avec un empilement de couches successives séparés par des interfaces : la croûte terrestre en surface, puis le manteau, avec une partie inférieure et une partie supérieure, et au centre, le noyau terrestre. Lorsque les ondes sismiques rencontrent une discontinuité géologique, leur vitesse de propagation varie, car les propriétés physiques de la roche dans laquelle elles se propagent changent. C’est ainsi que l’on sait que le manteau n’est pas homogène : son principal composant, l’olivine, change de structure à mesure que la pression et la température augmentent avec la profondeur. Vers 400 kilomètres de profondeur (à une température de 1 800 kelvins et une pression de 22 gigapascals), l’olivine, peu dense, se transforme en ringwoodite, plus dense. Cette zone de transition se termine vers 660 kilomètres de profondeur, où la ringwoodite devient à son tour de la bridgmanite, plus compacte et moins visqueuse. C’est cette transition à 660 kilomètres définit la frontière entre le manteau supérieur du manteau inférieur.

L’existence de cette frontière entre les couches supérieure et inférieure du manteau est un casse-tête pour les géologues. Est-elle uniquement liée à la différence de structure cristalline de l’olivine ou serait-elle aussi corrélée à un changement de la composition chimique du manteau ? Cela aurait des conséquences sur la dynamique globale dans le manteau : la roche chauffée à la frontière entre le manteau et le noyau remonte-t-elle avec des mouvements convectifs sur toute la hauteur du manteau, ou s’arrête-t-elle à la zone de transition ? Dans le premier cas, le manteau serait bien mélangé et donc homogène, alors que dans le second cas il aurait deux compositions distinctes. Jusqu’à présent, les observations, très limitées et contradictoires, ne permettent pas aux géologues de trancher.

Fort heureusement, les changements de phase de l’olivine sont une aubaine pour les géologues qui utilisent les ondes sismiques pour sonder cette région de transition. À partir de différents enregistrements sismiques, des variations de 30 à 40 kilomètres de hauteur sur des échelles de plusieurs centaines de kilomètres avaient été mises en évidence dans la topographie de la frontière à 660 kilomètres de profondeur. Ces structures seraient associées à des hétérogénéités thermiques dans le manteau. Mais à l’échelle de quelques kilomètres, la limite entre manteau inférieur et supérieur est-elle lisse ou irrégulière ?

Wenbo Wu et ses collègues ont utilisé les données de 15 stations proches de l’épicentre du séisme en Bolivie de 1994 – le deuxième séisme profond le plus puissant jamais enregistré. Ils ont étudié des ondes sismiques exotiques ayant traversé le noyau terrestre dans un sens puis dans l’autre (appelées ondes PKPPKP ou P’P’). Durant leur trajet, ces ondes « enregistrent » les irrégularités qu’elles rencontrent, ce qui permet aux chercheurs, qui combinent ces observations à des simulations, de cartographier précisément ces irrégularités. Résultat : la partie supérieure de la zone de transition, à 400 kilomètres, semble lisse, mais l’interface à 660 kilomètres est irrégulière à petite échelle, avec des ondulations de 1 à 3 kilomètres de hauteur.

D’après Wenbo Wu, des irrégularités à si petite échelle ne peuvent pas être le résultat d’anomalies dans la distribution de la chaleur car ces dernières devraient se lisser sur des échelles de temps de quelques millions d’années. Les irrégularités sont donc plus probablement le fait d’une hétérogénéité dans la composition du manteau, ce qui appuie l’hypothèse d’un manteau composé de deux réservoirs géologiques distincts.

D’où viendrait cette différence de composition chimique ? Une hypothèse est que les plaques de la croûte terrestre qui s’enfoncent dans le manteau dans les zones de subduction s’accumuleraient en profondeur. En outre, certaines parties de la frontière à 660 kilomètres de profondeur sont plus lisses que les autres. La discontinuité de composition ne serait ainsi pas être globale : les plaques de la croûte pourraient finir par plonger dans le manteau inférieur.

La dynamique du manteau pourrait ainsi être plus complexe qu’on ne le pensait, avec des régions où la convection serait limitée au manteau inférieur, bloquée par la zone de transition, et d’autres où elle se poursuivrait jusqu’en haut du manteau. Ce tableau aurait des répercussions importantes sur l’estimation des flux de chaleurs dans la le globe terrestre, dans la modélisation des courants de convection à l’origine des phénomènes tectoniques, et donc plus généralement dans de très nombreux phénomènes géologiques (volcanisme de point chaud, processus tectoniques…).


Source : Pour la Science
Crédit : Kyle McKernan, université Princeton

La frontière entre le manteau inférieur et supérieur, à 660 kilomètres de profondeur, est très irrégulière : elle présente des variations à grande échelle dues à des hétérogénéités de température, et à petites échelles dues à des hétérogénéités de composition.

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Des montagnes à 660 kilomètres sous nos pieds

Le 9 juin 1994, un séisme de magnitude 8,2 a fait trembler la Bolivie. Grâce à de nouvelles méthodes d’analyse, Wenbo Wu, de l’Académie des sciences chinoise et de l’université Princeton, et ses collègues ont analysé les ondes sismiques alors mesurées pour étudier la structure interne de la planète. Et ils ont découvert des structures irrégulières à 660 kilomètres de profondeur, avec un relief accidenté similaires à celui des montagnes à la surface de la Terre.

Les géophysiciens utilisent depuis longtemps les ondes sismiques pour cartographier la structure interne de la Terre. Le globe terrestre ressemble à un oignon, avec un empilement de couches successives séparés par des interfaces : la croûte terrestre en surface, puis le manteau, avec une partie inférieure et une partie supérieure, et au centre, le noyau terrestre. Lorsque les ondes sismiques rencontrent une discontinuité géologique, leur vitesse de propagation varie, car les propriétés physiques de la roche dans laquelle elles se propagent changent. C’est ainsi que l’on sait que le manteau n’est pas homogène : son principal composant, l’olivine, change de structure à mesure que la pression et la température augmentent avec la profondeur. Vers 400 kilomètres de profondeur (à une température de 1 800 kelvins et une pression de 22 gigapascals), l’olivine, peu dense, se transforme en ringwoodite, plus dense. Cette zone de transition se termine vers 660 kilomètres de profondeur, où la ringwoodite devient à son tour de la bridgmanite, plus compacte et moins visqueuse. C’est cette transition à 660 kilomètres définit la frontière entre le manteau supérieur du manteau inférieur.

L’existence de cette frontière entre les couches supérieure et inférieure du manteau est un casse-tête pour les géologues. Est-elle uniquement liée à la différence de structure cristalline de l’olivine ou serait-elle aussi corrélée à un changement de la composition chimique du manteau ? Cela aurait des conséquences sur la dynamique globale dans le manteau : la roche chauffée à la frontière entre le manteau et le noyau remonte-t-elle avec des mouvements convectifs sur toute la hauteur du manteau, ou s’arrête-t-elle à la zone de transition ? Dans le premier cas, le manteau serait bien mélangé et donc homogène, alors que dans le second cas il aurait deux compositions distinctes. Jusqu’à présent, les observations, très limitées et contradictoires, ne permettent pas aux géologues de trancher.

Fort heureusement, les changements de phase de l’olivine sont une aubaine pour les géologues qui utilisent les ondes sismiques pour sonder cette région de transition. À partir de différents enregistrements sismiques, des variations de 30 à 40 kilomètres de hauteur sur des échelles de plusieurs centaines de kilomètres avaient été mises en évidence dans la topographie de la frontière à 660 kilomètres de profondeur. Ces structures seraient associées à des hétérogénéités thermiques dans le manteau. Mais à l’échelle de quelques kilomètres, la limite entre manteau inférieur et supérieur est-elle lisse ou irrégulière ?

Wenbo Wu et ses collègues ont utilisé les données de 15 stations proches de l’épicentre du séisme en Bolivie de 1994 – le deuxième séisme profond le plus puissant jamais enregistré. Ils ont étudié des ondes sismiques exotiques ayant traversé le noyau terrestre dans un sens puis dans l’autre (appelées ondes PKPPKP ou P’P’). Durant leur trajet, ces ondes « enregistrent » les irrégularités qu’elles rencontrent, ce qui permet aux chercheurs, qui combinent ces observations à des simulations, de cartographier précisément ces irrégularités. Résultat : la partie supérieure de la zone de transition, à 400 kilomètres, semble lisse, mais l’interface à 660 kilomètres est irrégulière à petite échelle, avec des ondulations de 1 à 3 kilomètres de hauteur.

D’après Wenbo Wu, des irrégularités à si petite échelle ne peuvent pas être le résultat d’anomalies dans la distribution de la chaleur car ces dernières devraient se lisser sur des échelles de temps de quelques millions d’années. Les irrégularités sont donc plus probablement le fait d’une hétérogénéité dans la composition du manteau, ce qui appuie l’hypothèse d’un manteau composé de deux réservoirs géologiques distincts.

D’où viendrait cette différence de composition chimique ? Une hypothèse est que les plaques de la croûte terrestre qui s’enfoncent dans le manteau dans les zones de subduction s’accumuleraient en profondeur. En outre, certaines parties de la frontière à 660 kilomètres de profondeur sont plus lisses que les autres. La discontinuité de composition ne serait ainsi pas être globale : les plaques de la croûte pourraient finir par plonger dans le manteau inférieur.

La dynamique du manteau pourrait ainsi être plus complexe qu’on ne le pensait, avec des régions où la convection serait limitée au manteau inférieur, bloquée par la zone de transition, et d’autres où elle se poursuivrait jusqu’en haut du manteau. Ce tableau aurait des répercussions importantes sur l’estimation des flux de chaleurs dans la le globe terrestre, dans la modélisation des courants de convection à l’origine des phénomènes tectoniques, et donc plus généralement dans de très nombreux phénomènes géologiques (volcanisme de point chaud, processus tectoniques…).


Source : Pour la Science
Crédit : Kyle McKernan, université Princeton

La frontière entre le manteau inférieur et supérieur, à 660 kilomètres de profondeur, est très irrégulière : elle présente des variations à grande échelle dues à des hétérogénéités de température, et à petites échelles dues à des hétérogénéités de composition.

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

01 - Ain

Du 30  août au 13 septembre

CONCERTS
"LES MUSICALES DU PARC DES OISEAUX"

Des artistes engagés en faveur de la protection de l’environnement et des musiciens de légende viendront fêter les 50 ans du Parc des Oiseaux.
Paul Personne - Zazie - Paolo Comte - Daniel Guichard - Vitaa & Slimane - The Dire Straits Expérience - Ibrahim Maalouf - Maxime Le Forestier - Yannick Noah - Louis Bertignac - Gauvin Sers - La Rue Ketanou.

Parc des Oiseaux
01330 Villars Les Dombes
04 74 98 05 54
www.parcdesoiseaux.com


13 - Bouches du Rhône

Du 11 au 19 juin

BALADES EN MER
CONGRÈS MONDIAL DE LA NATURE DE L’UICN

Lors de ce rendez vous, des balades en mer à bord de l'Hélios, la seule vedette à passagers hybride de la compagnie Marseillaise ICARD MARITME, seront organisées par : Le parc National de la Côte Bleue : 10 juin - Le conservatoire du littoral : 11 & 16 juin - Le parc National des Calanques : 15 & 20 juin.

1 quai Marcel Pagnol
13007 Marseille
04 91 330 329
www.iucncongress2020


25 - Doubs

Du 15 février au 3 mai 2020

EXPOSITION
"GEORGES FESSY ET LA PHOTOGRAPHIE"

Exposition en coproduction avec le Familistère de Guise. Georges Fessy et la photographie est une rétrospective présentée à travers plus d’une centaine de photographies qui traduit la diversité d’une vie de photographe : paysages, portraits, natures mortes, objets d’art, vues d’architectures.

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
www.salineroyale.com


34 - Hérault

Du 4 avril au 23 août

EXPOSITION
"ÉRIC BOURRET. TERRES"

Les photographies d’Eric Bourret font un écho troublant aux collections géologiques et archéologiques du Musée de Lodève : elles rappellent à la fois les strates successives laissées par le temps et l’éphémère temporalité de l’homme.

Musée de Lodève
Square George Auric
34700 Lodève
04 67 88 86 10
www.museedelodeve.fr


50 - Manche

Du 8 février au 24 mai

EXPOSITION DE PHOTOGRAPHIES
"LA HAGUE : A L’EPREUVE DU TEMPS"

De vallées encaissées en roches mystérieuses, du littoral déchiqueté aux champs quadrillés de murets, le regard d’Antoine Soubigou s’est posé sur une Hague intemporelle et tourmentée.

Manoir du Tourp
Omonville-la-Rogue
50440 La Hague  
02 33 01 85 89
www.letourp.com


Du 4 avril au 1er novembre

EXPOSITION PHOTOGRAPHIQUE
"VIE SAUVAGE EN COTENTIN"

Une exposition pour les curieux de nature mais aussi pour les amateurs de belles images... L’association "Regards" basée à Cormelles-le-Royal dans le Calvados rassemble des photographes naturalistes, passionnés d’image et de nature.

Manoir du Tourp
Omonville-la-Rogue
50440 La Hague  
02 33 01 85 89
www.letourp.com


59 - Nord

Jusqu’au 26 avril

EXPOSITION
"VIRAL, DU MICROBE AU FOU RIRE, TOUT S’ATTRAPE !"

Quel est le point commun entre une bactérie, une émotion, une rumeur, une vidéo et un bâillement ? La contagion bien sûr ! Plus qu’une exposition, Viral est une expérience pédagogique, amusante et contagieuse !
Pour tout public à partir de 7 ans.

Forum départemental des Sciences
1 place de l’Hôtel de ville
59650 Villeneuve d’Ascq
03 59 73 96 00
www.forumdepartementaldessciences.fr


62 - Pas-de-Calais

Avril

ATELIERS
J DUBOIS HORTICULTEUR

♦Atelier "le compost" : réalisez votre compost simplement. Le 20 avril de 18h à 20h.
♦Atelier "réaliser un abri à insectes" : on lève le voile sur les insectes qui peuplent nos jardins. Le 22 avril de 14h30 à 16h45.
♦Printemps des possibles - Festival nature, environnement et ESS : nature, local, partage, coopératif. Les 25 et 26 avril.

J Dubois Horticulteur
244 rue de l’Université
62400 Béthune
03 21 57 59 01
www.j-dubois.fr


Du 12 au 24 avril

ANIMATION
"VIENS FABRIQUER TA COURONNE DE ROI OU REINE"

Dans le cadre de la visite, les enfants pourront fabriquer leur propre couronne avant de se costumer et de se mettre dans la peau d’un Roi ou d’une Reine de 1520 !

La Tour de l’Horloge
Rue du Château
62340 Guînes
03 21 19 59 00
www.tour-horloge-guines.com


71 - Saône et Loire

► Du 4 avril au 1er novembre

EXPOSITION
"BÊTISE ET BALIVERNES, IDÉES REÇUES SUR LA NATURE"

« les chauves-souris s'accrochent dans les cheveux » ; « les grenouilles sont vertes et les crapauds marron » ; « les moustiques préfèrent les peaux sucrées… », autant d’idées reçues et de fausses informations qui ont souvent la vie dure ! Une scénographie originale et les illustrations humoristiques de Roland Garrigue raviront aussi bien les petits que les grands !

Centre EDEN
26 rue de l’Eglise
71290 Cuisery
03 85 27 08 00
www.centre-eden71.fr


76 - Seine maritime

Les 25 et 26 avril

SALON INTERNATIONAL DE LA LAINE

Accueillant plus de 40 exposants internationaux, ce salon est une première en Normandie. Fils, patrons, kits, échanges, de quoi mettre en valeur le travail artisanal, explorer les savoir-faire.

Château de Miromesnil
76550 Tourville-sur-Arques
02 35 85 02 80
www.chateaumiromesnil.com

Lieux:

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