Introduction
Dans un laboratoire de Vienne, au printemps 2009, un doctorant de l’université de Durham nommé John McNeill passait en revue, un à un, les vilains diamants d’une boîte de pellicule photo. Son directeur de thèse, le géochimiste Graham Pearson, alors à Durham et sur le point de rejoindre l’université de l’Alberta, les avait achetés pour presque rien. Ce n’étaient pas les pierres d’une vitrine de joaillier. C’étaient des diamants « ultraprofonds » extraits par lavage des graviers d’une rivière près de Juína, dans l’État brésilien du Mato Grosso, cabossés, d’un brun trouble, du genre que les tailleurs rejettent. L’équipe de Pearson les avait ramassés pour quelques piécettes ; la pierre décisive avait coûté environ 20 dollars. McNeill ne traquait pas un gros titre. Il cherchait comment dater les diamants et braquait un faisceau de lumière sur inclusion après inclusion, lisant le spectre que chacune renvoyait.
Une minuscule particule, enfouie dans le diamant et invisible à l’œil nu, a renvoyé un signal que personne n’attendait d’une roche posée sur une paillasse de laboratoire. C’était de la ringwoodite, une forme de haute pression de l’olivine, minéral courant, que l’on n’avait jusqu’alors rencontrée que dans des météorites, ou fait naître de force, par compression, dans des presses de laboratoire. Deux ans plus tard, une fois le laboratoire de Pearson installé à l’université de l’Alberta, une mesure infrarouge de la même particule invisible a livré une seconde surprise : le cristal était humide. Humide, ici, signifie que l’eau, sous forme d’hydroxyle lié à la structure cristalline, représentait plus d’un pour cent de sa masse.
Cette pierre à 20 dollars est devenue la preuve matérielle de l’une des affirmations les plus étranges de la géologie moderne : à des centaines de kilomètres sous vos pieds, il pourrait y avoir, scellée dans la roche solide, autant d’eau que dans tous les océans de la surface, voire plusieurs fois plus. Un diamant mis au rebut et un mur de sismomètres large comme un continent ont étayé la thèse d’une eau à l’intérieur de la Terre. Les scientifiques se disputent encore, âprement, sur la quantité réelle d’eau qui s’y trouve.
Y a-t-il vraiment un océan à l’intérieur de la Terre ?
Il n’existe aucune caverne d’eau de mer clapotante sous la croûte, aucune mer sans soleil qui attendrait les explorateurs de Jules Verne. Frank Brenker, géoscientifique à l’université Goethe de Francfort, qui a travaillé sur plusieurs des diamants clés, formule la mise au point sans détour : l’eau qui se trouve là-bas est liée à une roche qui « ne semblerait pas humide au toucher et ne laisserait pas goutter d’eau ». L’« océan à l’intérieur de la Terre » est une figure de style qui parle de masse.
Ce qui existe réellement est plus étrange et, à certains égards, plus lourd de conséquences. Entre environ 410 et 660 kilomètres de profondeur se trouve une couche que les géologues appellent la zone de transition du manteau. Elle sépare le manteau supérieur du manteau inférieur et se définit par deux sauts brusques de la vitesse des ondes sismiques, à 410 km et à 660 km, qui marquent l’endroit où les minéraux se réorganisent en formes plus denses sous l’effet de la pression croissante. Les minéraux qui dominent cette zone ont un talent inhabituel. Ils peuvent retenir dans leur réseau cristallin de l’eau en des quantités que les roches situées au-dessus et en dessous ne peuvent pas contenir. Pour peu qu’une fraction même modeste de la zone de transition soit hydratée, l’eau liée qui s’y trouve, convertie en volume équivalent en surface, rivalise avec les océans ou les dépasse. En d’autres termes, l’« océan » est un réservoir d’hydrogène et d’oxygène, stocké sous forme d’hydroxyle et réparti dans un énorme volume de roche.
La zone de transition est hors d’atteinte. Le trou le plus profond que l’humanité ait jamais foré, le forage superprofond de Kola, dans le nord-ouest de la Russie, s’est arrêté à 12,26 kilomètres, soit à peine trois pour cent du chemin jusqu’au sommet de la zone de transition. À 410 km, les pressions dépassent 13 gigapascals ; à 660 km, elles atteignent environ 23,5 GPa, tandis que les températures grimpent d’environ 1 400 °C à 1 650 °C à sa base. Aucun outil de forage ne prélèvera jamais d’échantillon dans cette couche. Tout ce que nous en savons vient de trois fenêtres indirectes : les ondes sismiques qui la traversent, les expériences de laboratoire qui recréent ses pressions et de rares messagers minéraux, les diamants, qui survivent au voyage vers la surface.
Qu’est-ce que la ringwoodite ?
L’olivine est le minéral vert qui constitue l’essentiel du manteau supérieur. Sous forme de gemme, on l’appelle péridot. Enfoncez-la assez profondément, et ses atomes ne parviennent plus à conserver leur arrangement lâche de basse pression : ils s’effondrent en agencements plus serrés. Vers 410 km, l’olivine se transforme en une phase plus dense appelée wadsleyite. Plus profond encore, vers 520 km, la wadsleyite se réorganise à nouveau en ringwoodite, qui conserve sa structure jusqu’à environ 660 km. À cette profondeur, la pression impose une dernière décomposition spectaculaire : la ringwoodite se dissocie en bridgmanite et en ferropériclase, les minéraux du manteau inférieur, et la discontinuité sismique de 660 km marque cette transformation.
La ringwoodite doit son nom à Ted Ringwood, le géochimiste australien qui a passé sa carrière à comprendre comment les minéraux du manteau se réorganisent sous pression. Il avait prédit l’existence de ces phases de haute pression avant que quiconque en possède un échantillon terrestre. Le minéral a été identifié pour la première fois en 1969 dans la météorite de Tenham, une pierre tombée dans le Queensland, en Australie, en 1879, et qui avait été comprimée par choc assez violemment pour forger de la ringwoodite à partir de son olivine. Pendant les 45 années qui ont suivi, toute la ringwoodite que quiconque avait pu toucher provenait d’une météorite ou d’une enclume de laboratoire.
Ce qui rend la ringwoodite importante pour l’eau tient à une particularité de sa structure cristalline. Le réseau de type spinelle laisse assez de place pour substituer des groupes hydroxyle à une partie de son magnésium et de son oxygène, si bien qu’il peut incorporer de l’hydrogène bien plus facilement que l’olivine. Des travaux de laboratoire de Thomas et de ses collègues, publiés dans Frontiers in Earth Science, ont mesuré des teneurs en eau allant jusqu’à 1,7 % en masse dans des ringwoodites synthétiques, un échantillon atteignant même 2,5 % en masse d’après l’étalonnage par SIMS, des valeurs bien supérieures à tout ce que peuvent atteindre le manteau supérieur ordinaire ou le manteau inférieur. Steve Jacobsen, géophysicien de la Northwestern University, qui fait croître depuis des années dans son laboratoire de la ringwoodite hydratée d’un bleu saphir, décrit simplement ce comportement : « La ringwoodite est comme une éponge qui absorbe l’eau. Il y a quelque chose de très particulier dans la structure cristalline de la ringwoodite qui lui permet d’attirer l’hydrogène et de piéger l’eau. »
Une grande capacité n’est pas une forte teneur, et cette distinction est au cœur de tout le débat. Une éponge peut être parfaitement sèche. La question que le diamant de Juína a rouverte de force est de savoir si l’éponge de la zone de transition est réellement humide.
Comment un diamant l’a-t-il prouvé ?
Seuls les diamants peuvent servir de convoyeurs pour ramener intact à la surface un minéral de la zone de transition. Un grain de ringwoodite remonté dans un magma ordinaire se décomprimerait et se réchaufferait en route, et se retransformerait en olivine bien avant de voir la lumière du jour, ce qui explique précisément l’échec de toutes les tentatives antérieures pour en prendre un sur le fait. Mais un diamant est une cage rigide, quasi incompressible. Une inclusion qui y est piégée reste soumise à une pression proche de sa pression d’origine, à l’abri de la transformation inverse qui l’effacerait autrement. Les diamants bruts « superprofonds » de Juína font partie des très rares dont on sait qu’ils proviennent de profondeurs correspondant à la zone de transition ; le verdict de Pearson sur sa propre pierre était qu’elle avait l’air d’avoir « fait l’aller-retour en enfer ».
La pierre qu’étudiait McNeill avait été mise au jour en 2008 par des mineurs artisanaux dans des graviers de rivière peu profonds, remontée à l’origine dans de la kimberlite, la roche volcanique qui prend sa source le plus profondément. Elle mesurait trois millimètres et n’avait aucune valeur commerciale. Après que McNeill a repéré le signal de la ringwoodite en 2009, l’équipe a passé des années à le confirmer, combinant diffraction des rayons X, spectroscopie Raman et spectroscopie infrarouge pour établir à la fois l’identité du minéral et sa teneur en eau. Le résultat a été publié dans Nature en mars 2014 : la première ringwoodite terrestre jamais trouvée, et la preuve directe que la zone de transition est, « au moins localement », hydratée « à environ 1 % en masse ».
« C’est en fait la confirmation qu’il y a une quantité très, très importante d’eau piégée dans une couche vraiment distincte de la Terre profonde », a déclaré Pearson. Un réétalonnage ultérieur du spectre infrarouge de la même inclusion, publié par une équipe comprenant Jacobsen, a fixé le chiffre à 1,43 ± 0,27 % en masse de H₂O, proche du maximum que le minéral peut retenir, et plus précis que l’estimation initiale.
Deux mises en garde ont accompagné la découverte dès le départ. D’abord, il s’agissait d’un seul grain, dans un seul diamant, un seul point de données, aussi frappant soit-il, qui dit que la zone de transition est humide « au moins localement » et ne peut à lui seul prouver que toute la couche est détrempée. Ensuite, les diamants superprofonds sont eux-mêmes rares, peut-être un pour cent de tous les diamants, et les diamants ont tendance à se former là où des fluides sont présents, de sorte qu’ils échantillonnent peut-être les quartiers les plus humides plutôt que la moyenne. L’article de 2014 a ouvert la porte à une décennie de controverse sur ce qui se trouvait de l’autre côté.
Quelle quantité d’eau y a-t-il réellement là-bas ?
Le gros titre populaire et la littérature scientifique divergent sur la quantité. Le chiffre que la plupart des gens ont entendu, « trois fois les océans », est une vraie citation, mais conditionnelle. Il remonte à la seconde grande étude de 2014, lorsque Jacobsen et le sismologue Brandon Schmandt ont combiné expériences de laboratoire et données sismiques. La formulation était explicite sur le « si » : si un pour cent seulement de la masse rocheuse de la zone de transition était de l’eau, cela équivaudrait à elle seule à près de trois fois les océans de surface. C’est une extrapolation à partir d’un scénario de stockage ; personne n’a mesuré un inventaire global.
Une autre formulation, associée à Brenker et au groupe de l’université Goethe, décrit le plafond plutôt que le niveau de remplissage : les minéraux denses que sont la wadsleyite et la ringwoodite pourraient, en principe, « absorber six fois la quantité d’eau de nos océans ». Il s’agit d’une capacité, le maximum théorique si la zone était entièrement saturée. La question ouverte est de savoir si elle en est seulement proche.
Les estimations de la teneur réelle en eau couvrent un large éventail et divergent de plus d’un ordre de grandeur selon la méthode :
- Côté sec. Huiqian Zhang, Gary Egbert et Qinghua Huang, dans un article de Science Advances en 2022, ont utilisé les variations géomagnétiques diurnes pour en déduire la conductivité électrique du manteau et ont conclu que le manteau supérieur comme la zone de transition sont « presque secs, avec respectivement 0,015 et 0,03 % en masse d’eau », bien en deçà de la masse d’un seul océan. Même leur borne supérieure assouplie n’atteignait qu’environ 0,15 % en masse, « avec une préférence pour des valeurs plus basses », et ils ont averti que leurs observatoires sont « biaisés en faveur de l’Europe, de l’Asie et de l’Amérique du Nord ». Selon cette lecture, le manteau ne joue qu’un petit rôle dans la circulation de l’eau terrestre.
- Côté humide. Fei et ses collègues, également dans Science Advances, ont déduit la teneur en eau du contraste de viscosité entre la ringwoodite et la bridgmanite et ont conclu que « la zone de transition du manteau contient 1 à 2 % en masse d’eau », ce qui la rend, selon les termes des auteurs, « presque saturée en eau à l’échelle mondiale ».
- Entre les deux. Une analyse de Wenzhong Wang et de ses collègues, qui combine la tomographie sismique et la topographie de la discontinuité de 660 km, aboutit à environ 0,2 % en masse en moyenne dans la partie inférieure de la zone de transition, avec de fortes variations régionales, et conclut que l’ensemble de la zone de transition contient environ une masse océanique d’eau. Une vaste synthèse des estimations géophysiques situe le manteau supérieur à près de 0,04 océan, la zone de transition entre 0,2 et 1 océan, et le manteau inférieur à moins de 2 océans.
La variation régionale pourrait bien être elle-même la réponse. Comme le résume Eos, les travaux de Munch et de ses collègues ont montré que la zone de transition « sous l’Europe est compatible avec une zone de transition relativement sèche, avec moins de 0,05 % en masse de H₂O », tandis que « sous l’Amérique du Nord » elle présente un « enrichissement jusqu’à environ 0,3 % en masse de H₂O ». Les études de conductivité électrique et les études sismiques trouvent à répétition la zone de transition la plus humide sous les zones de subduction actives, le Pacifique occidental, certaines parties de l’Amérique du Nord et la Chine, et comparativement sèche sous l’Europe. Autrement dit, l’« océan à l’intérieur de la Terre » est inégal : concentré là où des panneaux froids d’ancien plancher océanique ont plongé et se sont immobilisés, mince là où ils ne l’ont pas fait. Aucun chiffre global unique ne le résume.
Le cycle profond de l’eau : comment l’eau descend jusque-là
D’où pourrait bien venir l’eau de la zone de transition ? La réponse la plus probable est la surface. Dans les zones de subduction, des panneaux de croûte océanique, gorgés d’eau par leur longue vie sous la mer, chargés de minéraux hydratés et de sédiments humides, glissent sous les plaques voisines et s’enfoncent. La plus grande partie de cette eau est essorée à faible profondeur et revient rapidement par les volcans d’arc. Mais une partie descend plus profond. La modélisation globale de la subduction réalisée par van Keken et ses collègues suggère qu’une fraction notable, de l’ordre du tiers de l’eau piégée dans les panneaux, franchit les filtres superficiels, au-delà de 240 kilomètres de profondeur, et se dirige vers la zone de transition, où la wadsleyite et la ringwoodite attendent pour l’emprisonner.
La zone de transition se comporte ainsi comme un piège hydrologique à l’échelle des temps géologiques. L’eau descend avec les panneaux froids et s’accumule dans les minéraux à forte capacité. Comme les minéraux situés juste sous 660 km, la bridgmanite et la ferropériclase, ne peuvent presque pas retenir d’eau, cette limite agit comme un couvercle : la matière qui la franchit vers le bas est contrainte de se délester de son eau. L’idée que la zone de transition n’est « pas une éponge sèche » mais un réservoir est celle de Brenker, et c’est la version que les travaux ultérieurs de son groupe sur les diamants ont été conçus pour tester.
Fusion en bordure : les indices sismiques
Trois mois après l’article sur la ringwoodite de Juína, Schmandt et Jacobsen ont publié dans Science une seconde ligne de preuves, et celle-ci était d’échelle continentale. Schmandt a travaillé sur les données d’USArray, la composante Transportable Array d’EarthScope, une grille mobile de 400 sismographes large bande portables espacés d’environ 70 km, qui allait occuper, entre 2004 et 2015, près de 1 700 sites de stations temporaires dans l’ensemble des États-Unis contigus. Il cherchait ce qui se passe là où la roche du manteau s’écoule vers le bas à travers la limite de 660 km. Le laboratoire de Jacobsen a fourni le mécanisme : lorsque la ringwoodite hydratée est poussée au-delà de cette profondeur et se transforme en bridgmanite et en ferropériclase, les nouveaux minéraux ne peuvent pas accepter l’eau, qui est donc expulsée. Si la ringwoodite était humide, l’eau expulsée devait déclencher de petites quantités de fusion.
Ce processus s’appelle la fusion par déshydratation, et il devrait laisser une empreinte sismique, car même environ un pour cent de fusion partielle ralentit les ondes sismiques de façon détectable. Sous le réseau, Schmandt a trouvé exactement cela : des chutes brutales de vitesse sismique près du sommet du manteau inférieur, sur une bonne partie de l’intérieur des États-Unis, aux endroits où les modèles de circulation du manteau indiquent un enfoncement de matière. « La fusion que nous observons semble être entraînée par la subduction, la descente de matière du manteau depuis la surface », a déclaré Schmandt. Le laboratoire et les données sismiques ont convergé vers la même conclusion : la zone de transition joue le rôle d’un grand réservoir d’eau, et la fusion par déshydratation à sa limite inférieure contribue à y piéger l’eau.
Le signal sismique cartographie la libération d’eau plutôt que sa quantité totale, mais il constitue une forte preuve que la zone de transition contient de l’eau en quantité notable dans ces régions. C’est aussi l’étude à l’origine de la formule « trois fois les océans », qui n’a jamais été avancée que sous condition.
De la glace dans un diamant : la découverte de 2018
Le rebondissement suivant a remplacé l’hydroxyle lié par quelque chose de plus proche de l’eau elle-même. En 2018, une équipe dirigée par Oliver Tschauner, à l’université du Nevada à Las Vegas, a signalé des inclusions de glace VII, une forme cristalline de haute pression de l’eau, stable au-dessus d’environ 2,4 GPa, piégées dans des diamants naturels. Dans Science, les chercheurs ont interprété cette glace comme le résidu gelé d’un fluide aqueux présent lors de la croissance des diamants, scellé et maintenu sous pression pendant la remontée vers la surface. C’était la première fois que de la glace d’eau issue du manteau profond était reconnue comme minéral naturel ; l’Association minéralogique internationale a approuvé la glace VII comme minéral peu avant la publication, sur la foi de ces inclusions mêmes.
Les diamants provenaient de plusieurs continents, dont des sources en Afrique et en Asie, ce que l’équipe a interprété comme le signe d’un phénomène mondial plutôt que d’une curiosité locale. Les inclusions indiquent des poches riches en fluides dans la partie supérieure de la zone de transition et autour de la limite de 660 km, formées là où l’eau chimiquement liée est libérée au fil du passage de la roche dans cette région. Là où la ringwoodite avait prouvé que les minéraux de la zone de transition retiennent de l’eau, la glace VII laissait penser qu’un fluide aqueux libre y existe aussi, au moins par poches.
Le diamant du Botswana et la limite des 660 km
Le problème du point de donnée unique de 2014 tracassait la discipline. Cette première inclusion était trop petite pour que l’on puisse en déterminer toute la chimie, si bien qu’il était difficile de savoir si elle représentait le manteau ordinaire ou quelque recoin humide inhabituel. En 2022, une équipe comprenant Brenker et dirigée par Tingting Gu, alors au Gemological Institute of America, a comblé précisément cette lacune grâce à un diamant de la mine de Karowe, au Botswana, dans une étude publiée dans Nature Geoscience.
Cette pierre renfermait une inclusion polyphasée : de la ringwoodite associée à de la ferropériclase et à de l’enstatite pauvre en nickel, ainsi que des phases hydratées, dont l’assemblage minéral n’a pu se former qu’à environ 23,5 GPa et à quelque 1 650 °C. Cela situe son origine à la discontinuité de 660 km, le plancher même de la zone de transition, plus profondément que l’échantillon de 2014 et juste à la limite avec le manteau inférieur. Cette fois, l’équipe a pu mesurer la chimie globale de l’inclusion, qui correspondait à celle des roches ordinaires du manteau que l’on retrouve dans les basaltes du monde entier. C’était du manteau ordinaire, et il était saturé en eau.
La pétrologie a aussi enregistré un processus : la ringwoodite se décomposant en bridgmanite et en ferropériclase dans un environnement saturé en eau, exactement la réaction de déshydratation que Jacobsen avait menée au laboratoire. Les auteurs ont conclu que les conditions hydratées « s’étendent au moins à travers la zone de transition et jusque dans le manteau inférieur », un tableau d’hydratation plus large que ce qu’un seul diamant pouvait étayer. Le résumé de Brenker renouait avec le vieux fantasme : « Cela nous rapproche aussi d’un pas de l’idée de Jules Verne d’un océan à l’intérieur de la Terre », avec la réserve habituelle que l’« océan » est de la roche hydratée.
Identifier la source par ses empreintes : les isotopes du potassium
Dans les années 2020, la question était passée de « y a-t-il de l’eau ? » à « d’où vient-elle, et peut-on prouver directement le lien entre la surface et le manteau ? » En 2024, une équipe dirigée par Kai-Chen Xing a publié dans Nature Geoscience une approche par traceur chimique, utilisant les isotopes du potassium dans des roches volcaniques cénozoïques d’Asie du Nord-Est. Le potassium est abondant dans l’eau de mer et dans la croûte océanique altérée, et ses isotopes sont fractionnés par les processus qui hydratent le plancher océanique, de sorte qu’une signature isotopique distinctive du potassium peut servir d’empreinte pour une eau qui se trouvait autrefois à la surface.
La signature observée par l’équipe dans des magmas issus du manteau indiquait la présence, dans la zone de transition sous la région, d’une eau introduite depuis la surface par le panneau pacifique subducté. Cela referme une boucle que les études antérieures ne pouvaient que supposer : la zone de transition n’est pas seulement hydratée, mais au moins une partie de son eau est de l’eau de surface recyclée, apportée par la subduction, et non de l’eau primordiale héritée de la formation de la planète. C’est un résultat ciblé sur une seule région, mais il renforce l’image du cycle profond de l’eau par une chimie indépendante.
Alors, est-ce un océan ?
Un oui assorti de lourdes réserves. Les preuves que la zone de transition du manteau contient de l’eau sont désormais multiples et difficiles à écarter : un cristal de ringwoodite terrestre renfermant 1,43 % en masse d’eau ; des signatures sismiques de fusion par déshydratation à l’échelle d’un continent ; des inclusions de glace VII provenant de plusieurs continents ; un diamant saturé en eau et chimiquement ordinaire venu de la limite des 660 km ; et une empreinte isotopique du potassium qui relie l’eau de la zone de transition au plancher océanique en subduction. L’eau qui se trouve là-bas est bien réelle : liée à la roche et, par endroits, abondante.
Ce qui reste indécis, c’est la quantité. Les estimations crédibles, évaluées par des pairs, vont d’une zone de transition presque sèche, autour de 0,03 % en masse, un acteur mineur dans le bilan hydrique de la Terre, jusqu’à une zone presque saturée, à 1 à 2 % en masse, qui contiendrait plusieurs océans. La lecture la plus défendable de l’ensemble des travaux est que la zone de transition contient en moyenne de l’ordre d’une masse d’océan d’eau, inégalement répartie, plus humide sous les zones de subduction actives et plus sèche ailleurs. Le chiffre « trois fois », si souvent cité, est une extrapolation conditionnelle ; « six fois » est un plafond théorique. Citer l’un ou l’autre comme une mesure établie surestime les preuves.
Cette incertitude est la partie intéressante. Elle signifie que le cycle profond de l’eau, c’est-à-dire la quantité d’eau que la Terre stocke en elle-même et la manière dont les échanges entre la surface et l’intérieur ont maintenu les océans à peu près stables pendant des milliards d’années, est encore en cours de mesure, un diamant improbable et une anomalie sismique à la fois. Comme les controverses sur l’âge du Grand Canyon ou sur l’origine des formations de fer rubanées, il s’agit d’un différend scientifique bien vivant, où les données continuent d’arriver. Le diamant à 20 dollars a ouvert une meilleure conversation que celle qu’on l’avait acheté pour trancher.
Questions fréquentes
Y a-t-il vraiment un océan d’eau à l’intérieur de la Terre ?
Non, il n’y a ni océan liquide ni mer souterraine à l’intérieur de la Terre. Ce qui existe, c’est de l’eau liée chimiquement, sous forme d’hydroxyle, dans des minéraux de la zone de transition du manteau, entre environ 410 et 660 km de profondeur. Additionnée sur cet énorme volume, cette eau pourrait égaler ou dépasser la masse des océans de surface, ce qui explique qu’on l’appelle un « océan à l’intérieur de la Terre », mais elle est enfermée dans de la roche solide qui ne semblerait pas humide au toucher et ne suinterait pas.
Qu’est-ce que la ringwoodite et pourquoi est-elle importante ?
La ringwoodite est une forme de haute pression de l’olivine qui se forme dans la zone de transition, à une profondeur d’environ 520 à 660 km. Sa structure cristalline peut retenir de l’eau : des cristaux synthétisés en laboratoire ont été mesurés jusqu’à environ 2,5 % d’eau en masse. Comme la ringwoodite et la wadsleyite, un minéral apparenté, peuvent stocker bien plus d’eau que les minéraux situés au-dessus ou en dessous, elles font de la zone de transition un réservoir potentiel d’eau profonde. Elle a été repérée dans un diamant en 2009 et confirmée comme premier échantillon terrestre en 2014.
Comment les scientifiques savent-ils qu’il y a de l’eau à une telle profondeur si personne ne peut y forer ?
De trois façons. De rares diamants « superprofonds » ramènent intacts à la surface des minéraux de la zone de transition, en préservant leur eau. Des réseaux de sismomètres comme USArray détectent des zones de fusion partielle qui indiquent une libération d’eau en profondeur dans le manteau. Et des presses de laboratoire recréent les pressions de la zone de transition pour mesurer la quantité d’eau que les minéraux peuvent retenir. Le forage le plus profond jamais réalisé, celui de Kola, n’a atteint que 12,26 km, très loin de la zone de transition.
Quelle quantité d’eau y a-t-il exactement dans le manteau terrestre ?
Personne ne le sait avec précision, et les estimations se contredisent. Certaines études situent la zone de transition à près de 0,03 % d’eau en masse (bien moins qu’un océan), d’autres à 1 à 2 % en masse (plusieurs océans). De nombreuses analyses aboutissent à environ une masse d’océan en moyenne, inégalement répartie. La formule « trois fois les océans », très souvent citée, est une extrapolation conditionnelle datant de 2014, et non une mesure.
L’eau du manteau vient-elle de la surface ou de la formation de la Terre ?
Probablement des deux, mais on dispose désormais d’une preuve directe du recyclage de l’eau de surface. Une étude de 2024 sur les isotopes du potassium a relié l’eau de la zone de transition sous l’Asie du Nord-Est au panneau pacifique subducté, montrant que la tectonique des plaques entraîne l’eau de surface jusque dans le manteau profond au fil des temps géologiques.
