Tectonique des plaques, volcanisme, champ magnétique… La Terre est une gigantesque et complexe machinerie dont les rouages ne se situent pas uniquement en surface, mais également (et surtout !) dans ses profondeurs. De nombreux indices, notamment d’origine sismique, laissent penser que la région bien spécifique de l’interface noyau-manteau, à 2 900 kilomètres sous nos pieds, joue ainsi un rôle majeur dans la dynamique de la planète.
Impossible d’avoir des mesures directes des mécanismes qui se jouent à de telles profondeurs : les scientifiques sont contraints d’établir leurs hypothèses sur la base de données indirectes, ténues et souvent discutables.
Des anomalies tout au fond du manteau
Depuis quelques dizaines d’années, certains éléments semblent toutefois se consolider. Les données de tomographie sismique ont en effet permis, depuis les années 1980, de mettre en évidence la présence de deux gigantesques régions du manteau inférieur, nommées LLSVP (Large Low Shear-Velocity Provinces), où les ondes de cisaillement se propagent plus lentement qu’ailleurs, et de structures beaucoup plus petites, mais caractérisées par des diminutions extrêmement importantes de la vitesse des ondes sismiques, appelées ULVZ (Ultra-Low Velocity Zone). Ces anomalies sont toutefois encore mal caractérisées et leur nature très discutée.
Les deux grandes anomalies à la base du manteau. © Clinton Conrad, SOEST
Mais la connaissance avance à petits pas. Ainsi, une nouvelle étude présente une description plus détaillée des anomalies situées à l’interface noyau-manteau qui pourrait permettre de mieux comprendre leur origine, mais également la dynamique et l’évolution de cette région profonde de la Terre.
Au fond du manteau terrestre, d’étranges structures sismiques défient les modèles géologiques depuis des décennies. Une nouvelle étude suggère qu’elles pourraient être les vestiges de l’océan de magma primordial, altérés par des échanges chimiques avec le noyau pendant des milliards d’années – et détenir les clés de l’histoire profonde de la Terre…. Lire la suite
Une équipe de chercheurs a en effet analysé des signaux sismiques bien précis, que l’on appelle les précurseurs PKP. Les ondes dites PKP sont les ondes qui, après avoir été générées par un puissant séisme, traversent le manteau, puis le noyau externe avant de ressortir dans le manteau, le tout sous la forme d’ondes P (compressives).
Les précurseurs PKP correspondent quant à eux à de faibles signaux issus de la diffusion d’une partie de l’énergie sismique sur des hétérogénéités du manteau profond. Ils arrivent légèrement avant les phases PKP classiques sur certains sismogrammes. Leur analyse est donc précieuse pour déterminer l’emplacement des hétérogénéités, leur taille, leur forme… Mais leur signal est très faible et elles restent ainsi extrêmement difficiles à détecter manuellement dans un enregistrement sismique.
Les différentes trajectoires des ondes sismiques et leur complexité induite par la structure interne de la Terre. © Musée de sismologie de Strasbourg
L’IA pour traiter d’énormes volumes de données
Pour tirer parti des informations que renferment ces signaux très discrets, les chercheurs ont toutefois développé une nouvelle approche, basée sur les capacités d’analyse de l’intelligence artificielle. Grâce au développement du système de deep learning, l’équipe a pu analyser une immense base de données sismiques comportant plus de 2 millions d’enregistrements collectés tout autour du monde et cela depuis 1990. Une analyse qui aurait été totalement impossible à réaliser manuellement.
L’IA, entraînée à détecter les précurseurs PKP, a ainsi identifié 174 929 signaux, dont l’analyse a permis d’identifier six grandes régions où la diffusion des signaux sismiques est particulièrement importante. Ces régions correspondent pour partie à des ULVZ déjà détectées par des études indépendantes et suggèrent que les hétérogénéités de la base du manteau pourraient être organisées en bandes beaucoup plus étendues et continues qu’on ne le pensait. Elles pourraient résulter d’une combinaison de fragments d’anciennes plaques subduites, de ségrégations chimiques et de zones de fusion localisée.
Les résultats ont été publiés dans la revue Journal of Geophysical Research : Solid Earth.
Des chercheurs découvrent d’étranges anomalies dans le manteau terrestre
Grâce à une nouvelle méthode d’analyse des ondes sismiques, des chercheurs ont mis en évidence d’étranges anomalies de vitesse au sein du manteau terrestre, qui, pour l’instant, ne sont pas expliquées par le modèle dynamique de la Terre…. Lire la suite
Ces nouvelles cartes des profondeurs de la Terre offrent ainsi un nouveau regard sur l’intérieur de notre Planète, mais elles soulèvent surtout une question : quelles histoires, enfouies depuis des milliards d’années, se cachent encore à la frontière entre le noyau et le manteau ?