Le mystère du minéral manquant de la Terre enfin résolu

Notre planète comporte quatre couches : la croûte, le manteau supérieur, le manteau inférieur et le noyau. Si l’étude de leur composition s’avère logiquement ardue, des chercheurs ont annoncé avoir découvert un nouveau minéral dans l’une des plus profondes.

Des expériences révélatrices

On estime que le manteau terrestre inférieur, représentant 55 % du volume total de la Terre, est principalement composé de bridgmanite, de ferropériclase et de davemaoïte. En raison de leurs arrangements cristallins similaires à l’échelle atomique (connus sous le nom de structures pérovskites), la bridgmanite et la davemaoïte devraient théoriquement fusionner à haute température, mais cela n’avait jusqu’à présent jamais pu être démontré expérimentalement.

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Pour cette nouvelle étude publiée dans la revue Nature, Dan Shim et ses collègues ont réalisé une série d’expériences de chauffage à haute pression dans une chambre spéciale, destinée à reproduire les conditions régnant au sein du manteau inférieur. L’équipe a réussi à augmenter la température des échantillons de minéraux très rapidement (1 650 à 1 925 degrés Celsius en moins d’une seconde) jusqu’à un maximum d’environ 2 800 degrés Celsius.

Désormais chauffés à des températures représentatives des différentes sections du manteau inférieur, ceux-ci ont été observés par imagerie à rayons X afin de déterminer leur structure. De manière inattendue, à des températures approchant les 2 000 degrés Celsius et plus, un seul minéral perovskite s’est formé : une combinaison de davemaoïte et de bridgmanite.

Selon l’équipe, cela indique que la partie profonde du manteau inférieur présente un mélange minéralogique différent, en raison de la température et de la pression plus élevées. Une fusion de la bridgmanite et de la davemaoïte à un niveau inférieur ajouterait un minéral supplémentaire à l’équation, et les chercheurs pensent que le fer joue probablement un rôle clé dans ce processus.

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Un manteau terrestre autrefois beaucoup plus chaud

« On pensait que la grande différence de taille entre le calcium et le magnésium, représentant respectivement les principaux cations de la davemaoïte et de la bridgmanite, empêcherait ces matériaux de fusionner », explique le minéralogiste Byeongkwan Ko, de l’université du Michigan. « Notre étude montre que cela peut se produire dans des environnements très chauds. »

Le manteau terrestre était autrefois beaucoup plus chaud qu’il ne l’est aujourd’hui, ce qui suggère que la fusion des minéraux pérovskites aurait été plus répandue, et que sa composition géologique a par conséquent largement évolué au fil du temps. De tels résultats font écho à ceux de recherches antérieures, suggérant que les propriétés de cette couche changent à mesure que l’on s’y enfonce.

« Notre découverte nécessite une révision des modèles de minéralogie du manteau profond et aura un impact sur notre compréhension de la composition, de la structure, de la dynamique et de l’évolution de cette région », concluent les auteurs de l’étude.

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