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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


09 - Ariège

Le 15 février

"FABRIQUE TA FLÈCHE ET TON PROPULSEUR ! "

Au coin du feu, vous vous transformerez en chasseur préhistorique ! Vous fabriquerezune flèche et un propulseur en bois avec les moyens disponibles au néolithique… Le tout se terminera par un bon goûter de chez nous !
Le samedi 15 février 2020 de 14h à 17h30. Sur inscription. 8,50 €/adulte – 7 €/enfant.

Au Pays des Traces
Ferme de Miguet
09190 Saint-Lizier    
05 61 66 47 98
www.paysdestraces.fr


Le 22 février

BALLADE EN RAQUETTE
"À LA DÉCOUVERTE DES TRACES DANS LA NEIGE..."

Venez découvrir la neige autrement. Vous apprendrez à lire la neige, à fabriquer un abri, à allumer un feu dans la neige ou interpréter des traces sur la neige...(Pique-nique tiré du sac).
Le samedi 22 février de 10h à 17h30. Sur inscription. 30 €/adulte & 25 €/enfant à partir de 12 ans. Location de raquettes : 5 €/personne.

Au Pays des Traces
Ferme de Miguet
09190 Saint-Lizier    
05 61 66 47 98
www.paysdestraces.fr


11 - Aude

Le 26 janvier

"L'UNIVERS DES POTIERS"

Plongez dans l'univers des potiers lors d'une visite guidée au musée. Tarif : 5 € / 3 €

Amphoralis
Allée des potiers
11590 Sallèles d’Aude
04 68 46 89 48
www.amphoralis.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


22 - Côtes d'Armor

Du 15 décembre au 15 mars

EXPOSITION
"FRONDAISONS"
La fabrique d’un maquis de l’Argoat

Le pôle de l'Étang-Neuf présente l'oeuvre de Sophie Zénon, "Frondaisons", la fabrique de l'image d'un maquis de l'Argoat, une exposition de photographies et de vidéos.

Pôle de l'Étang-Neuf
22480 Saint-Connan
02 96 47 17 66
www.etangneufbretagne.com


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


30 - Gard

Jusqu'au 8 mars

EXPOSITION
« FEU », l’expo brûlante de la rentrée au Pont du Gard

FEU conçue par Universcience qui propose d’explorer la thématique de la maîtrise du feu par l’humain. Accessible dès 9 ans, cette exposition rassemble des installations audiovisuelles, des dispositifs multimédia et des expériences interactives ainsi que de nombreux objets visant à enrichir la connaissance des visiteurs et à déconstruire les idées reçues.

Site du Pont du Gard
La Bégude
400 route du Pont du Gard
30210 Vers-Pont-du-Gard
04 66 37 50 99
www.pontdugard.fr


34 - Hérault

Jusqu'au 23 février

EXPOSITION
"Ensor, Magritte, Alechinsky..."

L'exposition invite à un cheminement sensible sur les sentiers de l'art Belge à travers une sélection de chefsd’oeuvre des collections du Musée d'Ixelles (Bruxelles).

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


39 - Jura

Du 20 janvier au 2 avril

ATELIERS
"L’ŒIL ET LA MAIN"

Le Musée de la Lunette organise  une visite de l’exposition temporaire « Les lunettes en voient de toutes les couleurs ». Les enfants découvriront l’utilisation de la couleur en lunetterie, ses principes et surtout son design inspirant ! Ils participeront par la suite à un atelier artistique animé par l’une de nos artistes plasticiennes. Cet atelier est à destination des scolaires, de la maternelle au collège.

Musée de la Lunette
Place Jean Jaurès
39400 Morez - Hauts de Bienne
03 84 33 39 30
www.musee-lunette.fr


63 - Puy-de-Dôme

Janvier et février

"CLASSE NEIGE A PETITS PRIX"

Au Centre des Volcans propose un passeport Évasion Glacée à petits prix pour les derniers créneaux disponibles en janvier et février 2020.Venez découvrir les volcans sous la neige...

Au Centre des Volcans
Rue du Frère Genestier
63230 Pontgibaud
04 73 68 18 18 / 06 21 30 79 36
www.au-centre-des-volcans.fr


De janvier à mars

SEJOURS SCOLAIRES
"LES 4 ÉLÉMENTS" et "L'AUVERGNE DES NEIGES"

Des tarifs imbattables sur les séjours scolaires pour les mois de janvier, février et mars 2020 ! Séjours à réserver rapidement.

.Au Centre des Volcans
Rue du Frère Genestier
63230 Pontgibaud
04 73 68 18 18 / 06 21 30 79 36
www.au-centre-des-volcans.fr


65 - Hautes-Pyrénées

Le 15 février

EXPÉDITION SOUTERRAINE
"GRAVER ET PEINDRE DANS UNE GROTTE"

Aller au fond d’une grotte pour peindre ou graver n’est pas une chose anodine ! Évoluer sur un sol accidenté, marcher, ramper ou encore escalader des parois dans l’obscurité et l’humidité montre que nos ancêtres prenaient des risques insensés ! Venez vivre un parcours initiatique dans la préhistoire. Réservation obligatoire. A partir de 8 ans.

Grottes préhistoriques de Gargas/Nestplori@
Route départementale 261
65660 Aventignan
https://grottesdegargas.fr


81 - Tarn

Jusqu'au 2 février

EXPOSITION
"PRESQUE"

Emmanuelle Pernet nous présente cette année, au travers d’une vingtaine de des-sins et d’une installation, son travail sur le mouvement et la persistance rétinienne.

Muséum d’histoire naturelle Philadelphe-Thomas
2 place Philadelphe Thomas
81600 Gaillac
05 63 57 36 31
www.ville-gaillac.fr

Lieux:

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