Au dessus du noyau externe de la Terre constitué de fer liquide, le manteau solide est composé pour l’essentiel d’oxydes de magnésium, de fer et de silicium. La frontière entre ces deux milieux, située à 2900 kilomètres de la surface intrigue les géophysiciens. Avec une pression de près de 1,4 million de fois la pression atmosphérique et une température de plus de 4000 degrés kelvins, cette région est le siège de réactions chimiques et de changements d’état de la matière méconnus. Tous les sismologues ont constaté une brusque diminution de la vitesse des ondes sismiques, qui atteint parfois 30 % lorsqu’on s’approche à quelques kilomètres de cette frontière.
Créer les conditions à 3000 kilomètres
Les scientifiques disposent pour connaitre cette région, non seulement d’images sismologiques mais aussi de cellules à enclumes de diamants couplées à un chauffage laser. Cet instrument permet de recréer les conditions de pression et de température régnant à l’intérieur de la Terre, sur des échantillons de matière de quelques microns.
L’originalité des travaux de l’Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés (CNRS/UPMC/Université Paris Diderot/Institut de Physique du Globe/IRD) réside dans l’utilisation de la diffraction de rayons X produits au Synchrotron de Grenoble. La technique a été employée sur des échantillons naturels représentatifs du manteau terrestre soumis à des pressions de plus de 140 gigapascals et des températures de plus de 5 000 kelvins. L’utilisation de la diffraction de rayons X au sein de l’ESRF a permis de déterminer quelles phases minérales fondaient en premier.
Courbes de fusion
Les chercheurs ont établi des courbes de fusion du manteau terrestre profond. Leurs observations montrent que la fusion partielle du manteau est possible, dès que la température approche 4 200 kelvins. Ces expériences prouvent que les liquides produits lors de cette fusion partielle sont denses, et peuvent entraîner de nombreux éléments chimiques parmi lesquels des marqueurs importants de la dynamique du manteau terrestre.
Ces études permettront de mieux connaître les mécanismes de différenciation de la Terre et l’histoire de sa formation commencée il y a quelques 4,5 milliards d’années.
