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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.

Des montagnes à 660 kilomètres sous nos pieds Actualités

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 . . .

11 - Aude

►Jusqu'au 21 septembre

EXPOSITION
"ESCALE EN MÉDITERRANÉE ROMAINE"
 
Après 10 années de recherches, et à travers plus de 150 objets archéologiques, l'exposition présente les principaux sites du système portuaire narbonnais, inscrit le port de Narbo Martius dans le réseau des ports de commerce romains de Méditerranée occidentale et détaille les activités et les métiers qui se développaient au sein de ce port. 

Musée Narbo Via
2 avenue André Mècle
11100 Narbonne
04 68 90 28 90
https://narbovia.fr

17 - Charente Maritime

►Le 25 mai

LES ATELIERS DES DIMANCHES
"RENDEZ-VOUS EN TERRES PRÉHISTORIQUES"

Participez à nos ateliers participatifs. En famille ou entre amis, expérimentez des gestes ancestraux, découvrez des savoir faire oubliés et mettez-vous dans la peau de celles et ceux qui vivaient il y a des milliers d’années. Dimanche 18 : taille de silex - Dimanche 25 : construction de hutte.

Le Paléosite
Route de la Montée Verte 
17770 Saint-Césaire
05 46 97 90 90
https://paleosite.fr

25 - Doubs

►Du 1er juin au 19 octobre

FESTIVAL DES JARDINS
"L'ÉCOLE BUISSONNIÈRE"

Pour sa 25ème édition, en famille, découvrez des jardins ludiques et interactifs pensés pour reconnecter les enfants à la nature et développer leurs sens. Une porte d’entrée sur le rêve et l’imaginaire. Bien plus qu’un jardin, une expérience.

 Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

30 - Gard

►Le 24 mai

"NUIT DU JEU À LA GROTTE !"

Une soirée pour petits et grands autour de jeux de société et de plateau dans une ambiance festive ! De 18h00 à 22h30. Adulte : 12 € - Enfant : 7 € - Gratuit pour les moins de 6 ans.

Grotte de la Salamandre
30430 Méjannes le Clap
04 66 600 600
www.grottedelasalamandre.com

31 - Haute-Garonne

►Jusqu'au 8 juin 

EXPOSITION
"MÉMOIRE DES AIRS, QUAND L’ARCHÉOLOGIE ET LES SCIENCES ÉCLAIRENT LE PASSÉ"

Le musée aeroscopia présente une nouvelle exposition temporaire. Une invitation à découvrir, à travers l'archéologie et les sciences, les secrets des crashs aériens de la Seconde Guerre Mondiale et à rendre hommage aux héros oubliés du ciel.

Musée aeroscopia
1 allée André Turcat
31700 Blagnac
www.aeroscopia.fr

42 - Loire

►Le 13 juin

FILM DES 48H DE LA CRÉATION TEXTILE

Le musée du tissage et de la soierie vous propose de (re) découvrir le film réalisé par le Caméra Photo-Club de Feurs pendant la 5ème édition des "48h de la création textile". Emotions garanties !

Musée du Tissage et de la Soierie
125 place Vaucanson
42510 Bussières
04 77 27 33 95
www.museedutissage.com

52 - Haute-Marne

►Jusqu'au 21 septembre

EXPOSITION
"AOTEAROA NOUVELLE-ZÉLANDE, LES PROTECTEURS DE L’ARCHE PERDUE"

Sabine Bernert vous guidera à la rencontre du rare Kakapo, ce perroquet nocturne au bord de l’extinction, de l’étonnant Kiwi et du mystérieux Tuatara, un reptile aux origines préhistoriques. À travers des récits émouvants et des témoignages inspirants, découvrez le combat quotidien de leurs protecteurs dévoués, déterminés à préserver ces trésors uniques. Un voyage entre légendes et réalités.

Musée de Saint-Dizier
17 rue de la Victoire 
52100 Saint-Dizier
03 25 07 31 50
www.saint-dizier.fr

56 - Morbihan

►Le 30 mai

"ALIMENTATION À LA PRÉHISTOIRE"

Que mangeait-on et que buvait-on à la Préhistoire ? Pour le découvrir, le musée de Préhistoire de Carnac vous invite à une journée spéciale consacrée à l’alimentation à la fin de la Préhistoire et au début de l’Âge du Bronze. Pour l’occasion, Noémie Ledouble, médiatrice du patrimoine et expérimentatrice en archéologie de l’alimentation vous présentera une technique de brassage de la bière.

Musée de Préhistoire
Place Christian Bonnet
56340 CARNAC
02 97 52 66 36
www.museedecarnac.com

67 - Bas-Rhin

►Jusqu'au 2 novembre

EXPOSITION
"RENÉ LALIQUE, ARCHITECTE ET DÉCORATEUR"

En 1925 a eu lieu l'Exposition des Arts décoratifs et industriels modernes à Paris. René Lalique a participé à ce rendez-vous exceptionnel. L'exposition fait la part belle à la mise en contexte au travers de photographies en grand format ainsi que de documents d'époque et d'éléments de décor en verre qui permettent de se replonger dans le passé.

Musée Lalique
40 rue du Hochberg
67290 Wingen-sur-Moder
03 88 89 08 14
www.musee-lalique.com

75 - Paris

►Jusqu'au 31 août

EXPOSITION
"ALFRED DREYFUS. VÉRITÉ ET JUSTICE"

Le mahJ revient sur "l’Affaire" pour rappeler les grandes étapes de ce moment crucial de l’histoire de France. L'exposition révèle le combat acharné de Dreyfus pour faire éclater la vérité, corrigeant l'image d'un homme spectateur de la machination qui le conduisit à passer plus de quatre années à l'île du Diable et encore sept à lutter pour sa réhabilitation. 

Musée d’art et d’histoire du Judaïsme
71 rue du Temple
75001 Paris
01 53 01 86 53
www.mahj.org

►Jusqu'au 31 juillet

EXPOSITION
"CLEMENCEAU ET BERTA ZUCKERKANDL"

Le musée Clemenceau invite le public à découvrir sa nouvelle exposition-focus Clemenceau, Berta Zuckerkandl, une amitié autour de l’art entre Vienne et Paris. À cette occasion, le musée présente deux dessins de Rodin issus de ses collections ainsi qu'un portrait inédit de Sophie Clemenceau, soeur de Berta et épouse du frère de Georges, Paul, réalisé par Eugène Carrière.

Musée Clemenceau
8 rue Benjamin Franklin
75116 Paris
01 45 20 53 41
https://musee-clemenceau.fr

►Jusqu'au 31 août 

EXPOSITION
"BATTERIES"

En contrepoint d’"Empreinte carbone, l'expo !", Batteries présente un décryptage scientifique et sociétal des technologies de stockage de l’énergie qui façonnent les mobilités du futur. Cette expo capsule explore la fabrication des batteries et leur fonctionnement, mais aussi leur impact sur l'avenir énergétique.

Musée des Arts et Métiers
60 rue Réaumur
75003 Paris
01 53 01 82 63
www.arts-et-metiers.net

►Jusqu'au 16 novembre 

EXPOSITION
"PAULA PADANI. LA DANSE MIGRANTE : HAMBOURG, TEL-AVIV, PARIS"

L’exposition retrace le parcours méconnu de la danseuse Paula Padani (1913-2001) à travers plus de 250 photographies, affiches, documents et costumes. Par sa vision du mouvement comme force de vie, par sa capacité de rebond entre plusieurs pays et cultures, elle aura frayé de nouvelles routes pour son art et joué un rôle pionnier dans l’émergence de la danse contemporaine israélienne. 

Musée d’art et d’histoire du Judaïsme
71 rue du Temple
75001 Paris
01 53 01 86 53
www.mahj.org

80 - Somme

►Jusqu'au 21 septembre 

EXPOSITION 
"GUERRE EN JEUX"

Plongez dans un voyage à travers l’histoire de la pratique des jeux de guerre et explorez la manière dont ces jeux façonnent notre compréhension du monde et de nous-mêmes. Une exposition intergénérationnelle qui met l’accent sur l’interactivité et l’attachement au jouet. 

Historial de la Grande Guerre
Musée Péronne 
Château de Péronne - Place André Audinot
80200 Péronne
www.historial.fr

84 - Vaucluse

►Jusqu'au 10 juin

EXPOSITIONS
"CIRCUIT COURT & DÉTOURS"

Une exposition sous le signe du "local", et du mouvement. Paysages, scènes de la vie quotidienne, portraits et natures mortes, peintres des 19e et 20e siècles liés à Avignon ou sa région, œuvres issues de collections particulières des environs d'Avignon et du musée Vouland. 

Musée Louis Vouland
17 rue Victor-Hugo
84000 Avignon
04 90 86 03 79
www.vouland.com

►Jusqu'en mars 2026

EXPOSITION
"Les VOYAGES"

L'exposition Centenaire Robert Laurent-Vibert : Les Voyages donne un aperçu de l'héritage de Laurent-Vibert à travers sa collection privée sur le thème du voyage. 

Château de Lourmarin
2 avenue Laurent Vibert
84160 Lourmarin
04 90 68 15 23
www.chateaudelourmarin.com

►Jusqu'au 3 juin 

LE CABINET DE CURIOSITÉ(S) NOMADE PAR LE MUSÉUM REQUIEN

Le « cabinet de curiosité(s) nomade » conçu par le muséum Requien pour Terre de Culture 2025 poursuit son voyage, et fait halte au musée Vouland. Son contenu propose des correspondances entre les collections des deux musées, et des échos avec le jardin du musée Vouland qui attisent la curiosité !

 Musée Louis Vouland
17 rue Victor-Hugo
84000 Avignon
04 90 86 03 79
www.vouland.com

►Le 25 mai

CONCERT 
"CHOPIN, UNE VIE EN MUSIQUE"

Le Château de Lourmarin accueille Alexandra Lescure et Etienne Kippelen pour leur spectacle "Chopin". Une plongée sensible et immersive dans l’univers du compositeur romantique Frédéric Chopin à travers un spectacle musical.

Château de Lourmarin
2 avenue Laurent Vibert
84160 Lourmarin
04 90 68 15 23
www.chateaudelourmarin.com 

92 - Hauts-de-Seine

►Jusqu'au 28 septembre

EXPOSITION
"COURBEVOIE ET SON AR(T)CHITECTURE"

Après "Faire Paysage", le cycle d'expositions "Ecrire la Ville" poursuit son exploration du patrimoine courbevoisien à travers son architecture. Appréhender cette histoire par la chronologie revient à entreprendre un cheminement au cœur des transformations urbanistiques de la ville.

Musée Roybet Fould
178 boulevard Saint-Denis
92400 Courbevoie
01 71 05 77 92
https://www.facebook.com/
museeroybetfouldofficiel

Lieux:
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