Quand on parle de l'eau sur Terre, on a tendance à l'imaginer uniquement sous la forme d'océans, de lacs, de rivières et d'aquifères. Mais l'eau est également présente dans notre atmosphère sous forme de vapeur et aussi, de façon moins évidente, au sein des minéraux qui composent les roches de la croûte et du manteau.

Cette eau « cachée » n'est bien sûr pas sous forme liquide. Elle peut notamment être intégrée à la structure cristalline des minéraux, sous forme de groupements hydroxyles. L'eau piégée dans les minéraux peut nous paraître inaccessible, mais elle joue pourtant un rôle majeur dans la dynamique terrestre.

De l’eau cachée dans le manteau

Ainsi, certaines transformations minéralogiques et certains épisodes de fusion au sein du manteau peuvent libérer l'eau stockée dans les minéraux. Celle-ci peut alors entrer dans la composition des magmas, puis être ramenée vers la surface et finalement libérée dans l'atmosphère lors du dégazage volcanique. Ce phénomène a joué un rôle majeur dans la formation de l'atmosphère secondaire de notre Planète et dans la mise en place du cycle de l'eau à la surface de la Terre.

Les éruptions sont une voie de retour vers la surface pour l'eau piégée dans les minéraux du manteau. © VisualStories, iStock

Le manteau terrestre peut donc être considéré comme une sorte de gigantesque réservoir d’eau. Toutefois, la façon dont sont distribués les groupements hydroxyles au sein du manteau n'est pas encore bien comprise.

On pense que la zone de transition du manteau, qui se situe entre 410 et 660 kilomètres de profondeur, représente un très important « réservoir ». Dans cette zone, l'olivine se transforme en effet en deux minéraux, la wadsleyite et la ringwoodite, qui ont la capacité d'incorporer beaucoup d'eau dans leur structure cristalline. Le manteau supérieur et le manteau inférieur auraient quant à eux des capacités de stockage plus limitées. La bridgmanite, qui est l'un des minéraux dominants du manteau inférieur, aurait d'ailleurs des capacités de stockage très limitées. Mais cela signifie-t-il pour autant que le manteau inférieur est « sec » ?

Le manteau terrestre représente 80 % du volume de la Terre, mais sa composition reste encore mal connue. © rost9, Adobe Stock

Quelle est la composition du manteau terrestre ?

Le manteau représente à lui seul plus de 80 % du volume de la Terre. Et pourtant, cette énorme masse de roche qui s’étage entre la croûte et le noyau externe reste encore largement méconnue. Si la composition de sa partie supérieure est désormais plutôt bien caractérisée, celle des niveaux les plus profonds reste encore bien mystérieuse.... Lire la suite

Pas forcément, avance une nouvelle étude, publiée dans la revue Nature Geoscience.

Des phases minérales de synthèse qui pourraient expliquer certaines observations

Grâce à des expériences réalisées à très haute pression et très haute température, une équipe de chercheurs a en effet synthétisé deux phases minérales jusqu'alors inconnues : des oxyhydroxydes de fer hexagonaux, de formule Fe5O12Hx et Fe7O12Hx. Ces phases sont capables d'incorporer de l'hydrogène dans leur structure et pourraient être stables dans les conditions régnant à la base du manteau.

L'étude ne démontre toutefois pas qu'elles sont effectivement présentes dans les profondeurs terrestres. Les chercheurs proposent néanmoins qu'elles puissent contribuer à expliquer les zones observées à la base du manteau dans lesquelles les ondes sismiques se déplacent anormalement lentement. Ces structures, connues sous le nom d'ULVZ (ultra-low velocity zones), font actuellement l'objet de nombreux débats concernant leur nature et leur origine.

Les ondes sismiques produites par les tremblements de terre ont permis d'imager l'étendue des zones à ultra-faible vitesse (ULVZ, illustrées en rouge) et leur structure, le long de l'interface noyau-manteau. © Edward Garnero and Mingming Li, Arizona State University

Ces résultats ouvrent ainsi une nouvelle piste pour comprendre le devenir de l'eau et des autres éléments volatils dans les profondeurs de la Terre. Si les deux oxyhydroxydes de fer synthétisés en laboratoire existent réellement à la base du manteau, ils pourraient y constituer des réservoirs très anciens d'hydrogène, capables de conserver aussi bien une signature héritée de la formation de la planète que des éléments apportés plus tard par les subductions.

Leur forte densité pourrait en outre favoriser leur accumulation à proximité de la limite entre le manteau et le noyau. Ces minéraux pourraient même participer au transfert d'éléments volatils vers le noyau ou, à l'inverse, les libérer ponctuellement lors de la remontée de panaches mantelliques. Il reste toutefois à démontrer que ces phases minérales se forment naturellement dans la Terre : les ULVZ pourraient en fournir un indice, mais leur origine demeure encore débattue.