Qu’y a-t-il sous nos pieds ? Sous cette épaisseur de croûte qui marque l’enveloppe externe de notre Planète ? Si la géophysique nous a d’ores et déjà apporté de nombreuses réponses, l’envie de pouvoir accéder in situ au manteau terrestre titille pourtant les scientifiques depuis longtemps. Mais est-il réellement possible de l’atteindre ? Oui, suggère la dernière expédition de forage IODP.
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L'Homme rêve, et ne cessera de rêver, de l'inaccessible. C'est bien cette pulsion de toujours repousser les limites du connu qui a conduit Christophe Colomb jusqu'en Amérique et Neil Armstrong sur la LuneLune. Aujourd'hui, cette pulsion se dirige bien souvent vers l'espace. Mais la Terre possède encore bien des mystères, des zones d'ombres que l'Homme n'a pas encore réussi à explorer.
Si l'on peut affirmer que la surface terrestre est aujourd'hui bien cartographiée, si l'Homme a réussi l'ascension des plus hauts sommets et la plongée dans les abysses les plus profonds, l'intérieur même de la Terre reste un territoire vierge. Il n'est cependant pas totalement inconnu. Le développement de la sismologie et des autres méthodes géophysiques ont effet permis voilà plusieurs décennies de produire des modèles de la structure et de la composition terrestre. Mais cela ne reste que des modèles. Et l'Homme étant ce qu'il est, il a besoin de preuves. Des preuves tangibles, réelles, qu'il puisse toucher du doigt.
Objectif le manteau terrestre : un défi scientifique et technique
C'est cela qui a motivé les scientifiques russes à entreprendre le forage de Kola en 1970. L'objectif : traverser la croûte terrestre et atteindre la fameuse limite du MohoMoho, qui marque la séparationséparation minéralogique avec la couche la plus importante de la Terre, le manteaumanteau. 19 ans plus tard, les chercheurs se rendront compte de la difficulté de leur mission et de son impossibilité technique face aux formidables pressionspressions et températures régnant en profondeur.
Mais le rêve est resté. Par esprit de conquête, mais surtout pour répondre à de nombreuses questions scientifiques touchant de nombreux domaines. Comprendre comment le manteau interagit avec la croûte, quelle est la nature de la transition entre ces deux enveloppes, comment se forment le magma et les roches magmatiques, comment s'est formée la Terre et comment elle évolue d'un point de vue géochimique et thermique...
Ces questions font cependant face au défi que représente l'échantillonnageéchantillonnage in situ du manteau. Le forage de Kola l’a démontré, forer à travers la croûte continentale est bien trop compliqué. Celle-ci fait en effet 30 kilomètres d’épaisseur en moyenne. Les moyens techniques à développer pour atteindre cette profondeur seraient tout simplement faramineux, voire totalement impossibles. Il fallait donc trouver des endroits où la croûte terrestre est bien plus fine... voire inexistante.
Croûte ou pas croûte ?
Eh oui, vous avez bien lu. Il existe bien des endroits sur Terre où la croûte, telle qu'on la définit habituellement, n'existe pas. Mais, prenons les choses dans l'ordre. Une option envisagée notamment par des équipes japonaises de la Jamstec (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology) est d'atteindre le toittoit du manteau en forant à travers la croûte océaniquecroûte océanique, dont l'épaisseur est bien plus faible que celle de la croûte continentale. « Seulement » 6 kilomètres à traverser, sans oublier toutefois les 4 kilomètres de couche d'eau. Cela fait tout de même beaucoup, mais avec les moyens modernes, l'opération ne semble pas impossible. Elle n'est toutefois pas encore clairement programmée.
Reste l'option « sans croûte ». C'est celle qui a été choisie par le programme scientifique de forages océaniques IODP (International Ocean DiscoveryDiscovery Program) pour l'expédition 399, qui s'est tenue au printemps 2023. Soyons clairs, il ne s'agissait pas de trouver un trou béant donnant directement sur le manteau. Cela n'existe pas. C'est physiquement impossible. Et pourtant, il existe certaines zones dans le domaine océanique qui ne présentent pas les caractéristiques d’une croûte océanique « standard », c'est-à-dire composée de trois niveaux de roches mafiques : une fine couche supérieure de basaltebasalte (500 mètres d'épaisseur environ), un niveau intermédiaire intrudé que l'on appelle complexe filonien et une épaisse couche de gabbrogabbro. À la base de ce gabbro se situe le Moho, qui marque la transition minéralogique avec le manteau qui est, quant à lui, composé de roches ultramafiques, principalement des péridotitespéridotites. À savoir, les roches mafiques de la croûte dérivent de la fusion partiellefusion partielle des péridotites du manteau.
Le manteau exhumé, une fenêtre sur les profondeurs ?
À certains endroits cependant, cette succession lithologique est remplacée par un mélange en proportions variables de gabbros et de péridotites serpentinisées. Le fond océanique est donc localement composé de roches provenant directement… du manteau ! Pourquoi donc se casser la tête à vouloir traverser 6 kilomètres de croûte alors qu'il suffit de plonger et de ramasser ce que l'on trouve au fond de l'océan ? Oui, mais... tout n'est pas si simple. Car ce manteau que l'on retrouve en surface au niveau de la croûte océanique n'est pas du manteau « frais » comme celui que l'on trouve sous le Moho. Il a en effet subi toute une série de transformations minéralogiques au contact de l'eau de mer. On parle d'altération chimique et plus spécifiquement dans ce cas de serpentinisation. Mais il n'a pas été fondu, et c'est là la grosse différence avec les roches de la croûte adjacente. Au lieu d'avoir recours à la fusion partielle du manteau, l'expansion océaniqueexpansion océanique a, dans ce cas, utilisé une exhumation tectonique des roches mantelliques, qui ont été tractées vers la surface par le biais de grandes failles.
Mais qui dit « faillefaille » dit « infiltration d'eau de mer ». C'est ainsi qu'au cours de leur remontée, les roches du manteau vont réagir chimiquement avec l'eau. L'olivineolivine va être hydratée et va se transformer en serpentine. Ce ne sont donc plus des péridotites fraîches que l'on observe au fond de l'océan, mais des serpentinitesserpentinites. Dommage, car ce que les scientifiques espèrent, c'est pouvoir observer des roches du manteau n'ayant subi aucune modification. Mais ces zones présentent toutefois un intérêt majeur : sous cette croûte de serpentinite se trouve le manteau frais, en théorie à une profondeur bien inférieure à 6 kilomètres.
Un forage au cœur de l’Atlantis massif : une quête géologique et biologique
L’expédition IODP 399 s'est donc attelée à forer en plein cœur de l'Atlantis massif, un dôme de manteau exhumé situé au niveau de la dorsale médio-atlantique. Le site avait déjà été sous les feux des projecteursprojecteurs lors de la découverte de Lost City en l’an 2000, un champ hydrothermal extraordinairement riche en vie. Le forage débute donc à seulement 800 mètres de ce lieu emblématique, avec comme objectif de traverser le manteau serpentinisé et d'atteindre le manteau frais. En mai 2023, après un mois de labeur, le forage atteint une profondeur de 1 267 mètres. C'est la première fois que l'on pénètre si profondément dans du manteau serpentinisé.
Petite déception : le manteau frais n'a visiblement pas été atteint. Il est probable qu'il faille forer encore plus profondément pour le trouver. Mais les résultats scientifiques sont tout de même extrêmement riches. Ils vont permettre notamment d'observer l'évolution du degré de serpentinisation avec la profondeur, les mécanismes de cette altération chimique, les processus d'exhumation...
De leur côté, les microbiologistes ont également eu leur lot de surprises, avec des données qui devraient permettre de mieux comprendre la composition et l'origine des flux hydrothermaux que l'on suppose être à la source du développement de la vie sur Terre. La réaction de serpentinisation produit en effet de l'hydrogènehydrogène qui, à son tour, va réagir avec le CO2 pour potentiellement former des molécules complexes précurseurs du vivant.
La quête du manteau n'est donc pas seulement destinée à étudier la géologiegéologie terrestre et ses mécanismes, elle permet également de mieux comprendre comment la vie est apparue sur notre Planète.
