MANTEAU TERRESTRE
Composition et dynamique du manteau
La structure radiale du manteau et les anomalies tridimensionnelles décrites précédemment correspondent à des propriétés physiques et des compositions des matériaux (minéraux et roches) constituant le manteau, dans le cadre générique de la convection thermochimique.
Changement de phase et structure radiale du manteau
Échantillon de péridotite
T. Boyes/ Shutterstock
La limite supérieure du manteau, le Moho, est la plus facile à interpréter, notamment parce qu'on peut l'étudier par observation directe. Le Moho est une limite pétrologique, séparant la croûte, de composition basaltique dans les océans et de composition granito-gneissique dans les continents, du manteau formé d'un assemblage d'olivine (de 60 à 70 p. 100), de pyroxènes (de 20 à 30 p. 100) et d'un aluminosilicate (plagioclase, spinelle ou grenat, en fonction de la pression). Cet assemblage minéralogique, beaucoup moins variable que les assemblages formant les roches crustales, se nomme une péridotite. Les péridotites les plus communes sont les harzburgites : elles sont le résidu de la fusion du manteau qui a donné les basaltes. La roche mère des basaltes et des harzburgites est une roche modèle (c’est-à-dire qu’on ne l'a pas échantillonnée jusqu'à présent) nommée « pyrolite ».
Changements de phase minéralogiques dans le manteau
Encyclopædia Universalis France
Lorsque les roches terrestres sont entraînées en profondeur, par exemple dans les zones de subduction, les élévations de température et de pression induisent le métamorphisme, c'est-à-dire le changement des structures cristallines (fig. 2). Il en est de même pour les péridotites, qui, à haute pression et à haute température, connaissent différents changements de phase que l'on peut étudier en laboratoire. On utilise pour cela différents types de presse, notamment les presses à diamant (appelées « cellules à enclume de diamant ») qui permettent de combiner des pressions extrêmes – pouvant atteindre celles qui règnent à la base du manteau – et un chauffage efficace par laser.
Au sommet du manteau supérieur, c'est la température qui augmente le plus fortement, et la première transformation qui peut se produire est l'apparition d'un liquide de fusion partielle, selon une courbe que l'on appelle le solidus. En comparant le solidus et le géotherme (c'est-à-dire l'évolution des températures en fonction de la profondeur dans la Terre), on peut en déduire l'état physique du matériau. On obtient qu'au niveau des dorsales, le géotherme franchit le solidus, ce qui est bien en accord avec la production de magma dans ces zones. En dehors des dorsales, le géotherme ne franchit pas le solidus, mais lui est tangent de 100 à 200 kilomètres de profondeur sous les océans. Proches de la fusion partielle, les roches sont alors moins rigides ; c'est ce qui explique la présence de l'asthénosphère en domaine océanique.
À des profondeurs plus importantes, c'est la pression qui joue le rôle principal et contrôle les changements de phase. C'est d'abord l'olivine qui change de structure (les tétraèdres qui la composent se réarrangent de façon plus compacte) et devient de la wadsleyite. Les conditions requises pour cette transformation sont celles qui règnent à une profondeur de 410 kilomètres, c'est-à-dire à l'entrée dans la zone de transition. À plus grande profondeur, vers 520 km, la wadsleyite se transforme en une forme plus compacte, la ringwoodite. Si l'interface marquée par cette transformation n'est pas toujours visible au sein de la Terre, c'est parce qu'elle peut être « masquée » par les transformations des pyroxènes. Ces derniers deviennent de la majorite (forme compacte de haute pression) à des profondeurs variables en fonction de leur composition, ce qui produit une évolution moyenne progressive des vitesses. Le changement de phase le plus important et le plus marqué se produit à 660 kilomètres : tous les minéraux présents dans le manteau[...]
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Écrit par
- Édouard KAMINSKI : professeur des Universités, Institut de physique du globe de Paris, volcanologue
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Structure du manteau et du noyau terrestres
Encyclopædia Universalis France
Échantillon de péridotite
T. Boyes/ Shutterstock
Changements de phase minéralogiques dans le manteau
Encyclopædia Universalis France
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