Loin sous nos pieds se jouent des processus essentiels pour la dynamique terrestre. Or, cette dynamique est intimement liée à la nature et à la composition de manteau, qui est loin d’être homogène, comme le montre cette nouvelle étude.
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Quelle est la structure du manteaumanteau profond ? Si elle peut paraître anecdotique, cette question est pourtant cruciale pour comprendre l'ensemble de la dynamique terrestre, et en particulier la convectionconvection mantellique qui est le moteur de la tectonique des plaques. Située à plus de 2.800 kilomètres de profondeur, cette zone influence également le volcanisme que nous observons en surface, mais est aussi intimement associée au processus responsable de de la dynamodynamo terrestre et du champ magnétique de notre Planète.
Deux grandes anomalies de vitesse dans le manteau profond
La sismologie, grâce à l’étude des ondes sismiques qui traversent le globe, permet d'imager avec de plus en plus de précision ces zones internes de la Terre. Elle a notamment permis de mettre en évidence deux grandes structures à la base du manteau inférieur. Ces immenses structures, dont l'une est localisée sous l'Afrique et l'autre sous l'océan Pacifique, correspondent à des zones de faible vitessevitesse des ondes sismiques cisaillantes (LLSVP pour Large Low-Shear-Velocity Province). Ces deux structures sont ainsi identifiables comme des anomaliesanomalies par rapport au reste du manteau inférieur, dont la vitesse est nettement plus élevée en raison de l'énorme pressionpression régnant à cette profondeur. Cette variation de vitesse indique que les deux LLSVP présentent des différences majeures avec le reste du manteau. On ne sait cependant pas exactement en quoi consistent ces différences : différence de composition, de densité, de viscositéviscosité, de température... La difficulté que les scientifiques ont à comprendre l'origine et la nature de ces deux grandes anomalies vient principalement du fait que les caractéristiques du manteau inférieur tout entier sont encore très mal contraintes.
Pourquoi une si forte asymétrie ?
Des chercheurs se sont cependant intéressés à la morphologiemorphologie de ces deux anomalies pour essayer de comprendre leur dynamique et leur évolution au cours du temps. L'anomalie localisée sous l'Afrique est particulièrement imposante : elle s'élève de 1.300 à 1.800 kilomètres au-dessus de la limite noyau-manteau, alors que l'anomalie sous le Pacifique n'atteint de 500 à 800 kilomètres de haut. L'anomalie africaine est donc environ deux fois plus haute que l'anomalie du Pacifique. À quoi est donc liée cette asymétrie ? Les deux structures se retrouvent pourtant étonnamment opposées, l'une de chaque côté du globe.
Certaines études suggèrent que la distribution de ces anomalies est contrôlée par les processus tectoniques qui se jouent en surface, et notamment par les zones de subductionzones de subduction. En effet, les slabs (plaques plongeantes) qui s'enfoncent profondément dans le manteau pourraient venir perturber la structure thermique au niveau de l'interface avec le noyau et entraîner un découpage des LLSVP.
L’anomalie sous l’Afrique serait moins dense que celle sous le Pacifique
Dans une nouvelle étude, deux chercheurs de l'université de l'Arizona (États-Unis) ont effectué des simulations numériquessimulations numériques pour étudier l'évolution de ces anomalies en fonction de différents paramètres. Les résultats, publiés dans Nature Geoscience, montrent que la hauteur des anomalies est principalement contrôlée par la viscosité du manteau encaissant et par la densité du matériel composant l'anomalie. Leur hypothèse est que l'anomalie africaine aurait une composition différente et en particulier une densité plus faible que celles de l'anomalie sous le Pacifique, expliquant ainsi la différence de hauteur entre les deux structures.
Cette différence est appuyée par une récente étude portant sur la composition des basaltesbasaltes de points chaudspoints chauds localisés à l'aplomb des deux LLSVP, et elle montre que les laveslaves issues du manteau sub-africain sont enrichies en matériaux d'origine continentale (peu dense) précédemment subductés durant le cycle de vie du supercontinent Pangée. Cette contaminationcontamination continentale n'a pas été retrouvée dans les laves à l'aplomb de l'anomalie Pacifique. Cette différence suggère que les deux anomalies ont évolué de manière différente au cours du temps et que les échanges avec le manteau environnant ont été différents, l'anomalie africaine ayant probablement intégré une composante continentale arrivée en profondeur par le biais des subductions.
L'extension verticale de l'anomalie africaine l'amène « relativement » proche de la surface, ce qui pourrait expliquer la présence de supervolcanssupervolcans sur la plaque africaine depuis plusieurs centaines de millions d'années.
