En étudiant le déplacement des îles Tonga à la suite d’un séisme survenu à une profondeur de 560 kilomètres, des scientifiques ont réussi à mettre en lumière l’existence d’un niveau de très faible viscosité à la base du manteau supérieur.
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La convectionconvection du manteaumanteau représente l'un des mécanismes majeurs de la dynamique terrestre. Elle permet notamment l'évacuation de la chaleurchaleur interne de la Terre, un processus qui fournit l'énergieénergie nécessaire au mouvementmouvement des plaques lithosphériquesplaques lithosphériques en surface. Mais, si le manteau possède une infime fraction de matériel fondu, il est très majoritairement composé de roches solides. Ces roches présentent cependant une certaine viscositéviscosité, qui permet au manteau de fluer, lentement certes, mais de manière continue.
La rhéologierhéologie du manteau, c'est-à-dire sa capacité à se déformer, est donc un élément essentiel à considérer pour comprendre le processus de convection et les grands mécanismes tectoniques qui lui sont associés, notamment la subduction des plaques lithosphériques. La question de la vitessevitesse de fluagefluage du manteau est d'ailleurs critique, puisque ce paramètre permet d'estimer combien de chaleur de la planète est capable de retenir et pendant combien de temps, et comment les roches sont recyclées au cours du temps.
Un séisme à 560 kilomètres de profondeur qui permet d’observer la viscosité du manteau
Pour étudier la viscosité de ce milieu auquel nous n'avons pas accès directement, une équipe de scientifiques a eu l'idée d'observer le déplacement des îles Tonga à la suite d'un puissant mais très profond séisme. Survenu en 2018, ce séisme de magnitudemagnitude 8,2 lié à la zone de subductionzone de subduction de Tonga n'a pas fait parler de lui, tout simplement car son épicentre était situé à 560 kilomètres de profondeur ! Il s'agit là de l'un des plus profonds séismes jamais enregistrés. Il n'a donc eu aucun impact sur les populations en surface. Les mesures GPSGPS montrent cependant que durant les mois qui ont suivi, toute la zone a continué à bouger.
Actuellement, l'île de Tonga continue encore de se déplacer d'environ un centimètre par an. Cette déformation post-sismique peut s'imager par du miel dans lequel on a trempé une cuillère et qui revient lentement à l'équilibre. Or, cette latencelatence est intimement liée à la viscosité du manteau. Grâce à ces données, les scientifiques ont ainsi pu observer la façon dont cette enveloppe se déforme au cours du temps. Ils ont d'ailleurs pu mettre en évidence l'existence d'un niveau d'environ 100 kilomètres d'épaisseur présentant une faible viscosité, dans la zone de transition entre le manteau supérieur et le manteau inférieur (entre 410 et 660 kilomètres de profondeur).
Cette zone de faiblesse rhéologique pourrait permettre d'expliquer pourquoi dans de nombreuses zones de subduction, le slab s'aplatit et stagne à cette profondeur au lieu de couler dans le manteau inférieur. Une observation qui n'était jusqu'à présent pas expliquée par les modèles numériquesmodèles numériques impliquant un régime de convection uniforme. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature.
