Comme toutes les autres planètes terrestres, (Mercure, Vénus et Mars) la Terre est constituée de nombreuses couches. C’est le résultat du fait qu’elle a subi une différenciation planétaire, où les matériaux plus denses coulent vers le centre pour former le noyau tandis que les matériaux plus légers se forment autour de l’extérieur. Alors que le noyau est composé principalement de fer et de nickel, la couche supérieure de la Terre est composée de roches et de minéraux silicatés.
Cette région est connue sous le nom de manteau, et représente la grande majorité du volume de la Terre. Le mouvement, ou convection, dans cette couche est également responsable de toute l’activité volcanique et sismique de la Terre. Les informations sur la structure et la composition du manteau sont soit le résultat d’enquêtes géophysiques, soit de l’analyse directe des roches dérivées du manteau, ou du manteau exposé au fond des océans.
Définition:
Composé de matériaux rocheux silicatés d’une épaisseur moyenne de 2 886 kilomètres (1 793 mi), le manteau se situe entre la croûte terrestre et son noyau supérieur. Le manteau représente 84 % de la Terre en volume, contre 15 % pour le noyau, le reste étant absorbé par la croûte. Bien qu’il soit majoritairement solide, il se comporte comme un fluide visqueux du fait que les températures sont proches du point de fusion dans cette couche.
Nos connaissances sur le manteau supérieur, y compris les plaques tectoniques, proviennent d’analyses des ondes sismiques, d’études sur le flux thermique, le magnétisme et la gravité, ainsi que d’expériences en laboratoire sur les roches et les minéraux. Entre 100 et 200 kilomètres sous la surface de la Terre, la température de la roche est proche du point de fusion ; les roches en fusion éjectées par certains volcans proviennent de cette région du manteau.
Structure et composition :
Le manteau est divisé en sections qui sont basées sur les résultats de la sismologie. Ce sont le manteau supérieur, qui s’étend d’environ 7 à 35 km (4,3 à 21.7 mi) de la surface jusqu’à une profondeur de 410 km (250 mi) ; la zone de transition, qui s’étend de 410 à 660 km (250 – 410 mi) ; le manteau inférieur, qui s’étend de 660 km à une profondeur de 2 891 km (410 – 1 796 mi) ; et la limite noyau-manteau, qui a une épaisseur variable (~200 km ou 120 mi en moyenne).
Dans le manteau supérieur, on distingue deux zones principales. La plus interne d’entre elles est l’asthénosphère interne, qui est composée de roches plastiques fluides d’une épaisseur moyenne d’environ 200 km (120 mi). La zone externe est la partie la plus basse de la lithosphère, qui est composée de roches rigides et dont l’épaisseur est d’environ 50 à 120 km (31 à 75 mi).
La partie supérieure de la lithosphère est la croûte terrestre, une fine couche d’environ 5 à 75 km (3,1 à 46.6 mi) d’épaisseur, qui est séparée du manteau par la discontinuité de Mohorovicic (ou « Moho », qui est définie par une forte augmentation vers le bas de la vitesse des ondes sismiques).
À certains endroits sous l’océan, le manteau est réellement exposé. Il existe également quelques endroits sur terre où la roche du manteau a été poussée à la surface par l’activité tectonique, notamment la région des Tablelands du parc national Gros Morne à Terre-Neuve-et-Labrador, au Canada, l’île de Saint-Jean, en Égypte, ou l’île de Zabargad dans la mer Rouge.
En termes d’éléments constitutifs, le manteau est composé de 44,8 % d’oxygène, 21,5 % de silicium et 22,8 % de magnésium. On y trouve également du fer, de l’aluminium, du calcium, du sodium et du potassium. Ces éléments sont tous liés entre eux sous forme de roches silicatées, qui prennent toutes la forme d’oxydes. Le plus courant est le dioxyde de silicium (SiO2) à 48 %, suivi de l’oxyde de magnésium (MgO) à 37,8 %. Voici quelques exemples de roches que l’on peut trouver à l’intérieur du manteau : olivine, pyroxènes, spinelle et grenat.
Convection:
En raison de la différence de température entre la surface de la Terre et le noyau externe, il existe une circulation convective de matière dans le manteau. Celle-ci consiste en un mouvement lent et rampant du manteau silicaté de la Terre sur la surface, transportant la chaleur de l’intérieur de la Terre vers la surface. Alors que les matériaux chauds remontent à la surface, les matériaux plus froids et plus lourds s’enfoncent sous la surface.
La lithosphère est divisée en un certain nombre de plaques qui sont continuellement créées et consommées à leurs frontières de plaques opposées. Le mouvement descendant de la matière se produit dans les zones de subduction, des endroits situés aux frontières des plaques convergentes où une couche de manteau se déplace sous une autre. L’accrétion se produit lorsque du matériel est ajouté aux bords croissants d’une plaque, associée à l’étalement des fonds marins.
Ce processus chaotique ferait partie intégrante du mouvement des plaques, ce qui donne lieu à la dérive des continents. La croûte océanique subduite est également ce qui donne lieu au volcanisme, comme le démontre la ceinture de feu du Pacifique.
Exploration:
Les recherches scientifiques et l’exploration du manteau sont généralement menées sur les fonds marins en raison de l’épaisseur relative de la croûte océanique par rapport à la croûte continentale. La première tentative d’exploration du manteau (connue sous le nom de projet Mohole) a atteint une pénétration profonde d’environ 180 mètres (590 pieds). Elle a été abandonnée en 1966 après des échecs répétés et des dépassements de coûts.
En 2005, le navire de forage océanique JOIDES Resolution a réalisé un forage d’une profondeur de 1 416 mètres (4 646 pieds) sous le plancher océanique. En 2007, une équipe de scientifiques à bord du navire de recherche britannique RRS James Cook a mené une étude sur une section exposée du manteau située entre les îles du Cap-Vert et la mer des Caraïbes.
Ces dernières années, une méthode d’exploration des couches de la Terre a été proposée à l’aide d’une petite sonde dense et génératrice de chaleur. Celle-ci se fraierait un chemin par fusion à travers la croûte et le manteau et communiquerait via des signaux acoustiques générés par sa pénétration dans les roches. La sonde serait constituée d’une enveloppe extérieure en tungstène avec un noyau en cobalt-60, qui agit comme une source de chaleur radioactive.
Il a été calculé qu’une telle sonde atteindrait le Moho océanique en moins de 6 mois et atteindrait des profondeurs minimales de bien plus de 100 km en quelques décennies sous la lithosphère océanique et continentale. En 2009, une application de superordinateur a créé une simulation qui a fourni un nouvel aperçu de la distribution des dépôts minéraux à partir du moment où le manteau s’est développé il y a 4,5 milliards d’années.
Bien que le manteau de la Terre n’ait pas encore été exploré à une profondeur significative, beaucoup de choses ont été apprises par des études indirectes au cours des derniers siècles. Au fur et à mesure que l’exploration humaine du système solaire se poursuit, nous sommes sûrs d’en apprendre davantage sur les planètes terrestres, leur comportement géologique et leur formation.
Nous avons écrit de nombreux articles sur l’intérieur de la Terre ici à Universe Today. En voici un sur le manteau terrestre, la découverte du noyau interne, interne de la Terre, quelle est la différence entre le magma et la lave, et un article sur la façon dont le noyau terrestre tourne plus vite que sa croûte.
Pour plus d’informations, consultez le United States Geological Survey (USGS).
Astronomy Cast a également un épisode sur le sujet. Écoutez-le ici, l’épisode 51 : La Terre.