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Voyage au centre de la Terre : la carte 3D qui montre les entrailles de notre planète

Publié le 22 mars 2015
En utilisant un ordinateur dernier cri, une équipe de chercheurs a modélisé le sous-sol jusqu'à 3000 kilomètres de profondeur.
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En utilisant un ordinateur dernier cri, une équipe de chercheurs a modélisé le sous-sol jusqu'à 3000 kilomètres de profondeur.

En 1864, Jules Vernes imaginait un monde inconnu peuplé de dinosaures, de monstres géants et d'une vaste mer sur laquelle voyageaient ses personnages. Rien à voir avec une planète lointaine ou une vallée cachée dans la jungle amazonienne. Ce monde atypique se situait sous ses pieds, c'est le thème de son fameux roman "Voyage eu centre de la Terre."

150 ans plus tard, le cœur de la planète reste encore mystérieux. Si la présence de vie ou d'un océan est rejetée depuis longtemps par les scientifiques, notamment en raison de l'énorme pression qui y réside, le manteau terrestre reste mal connu. "En fait, les scientifiques ne sont pas tous d'accord sur sa composition" explique Jean-Louis Bodinier, directeur de Recherche au CNRS et directeur de l'unité de recherche Géosciences de Montpelier. Une équipe de l'université de Princeton, aux Etats-Unis, s'est donc attelée à en savoir plus. Il en résulte d'une carte en 3D de ce qui se trame  à des centaines voire des milliers de kilomètres sous le sol.



Précisément, ils ont réussi à obtenir des données jusqu'à 2800 kilomètres, ce qui est considérable, puisque cela représente presque la moitié de la distance entre le noyau de la Terre et sa croûte terrestre. En détails, la Terre se divise en plusieurs couches : la première est la croûte terrestre qui s'étale de 30 à 70 kilomètres, selon l'emplacement. Puis c'est le manteau terrestre, jusqu'à 2800 kilomètres, composée de minéraux à l'état semi-liquide ou et de magma. Enfin, vient le noyau central.

Malgré les fantasmes de Jules Vernes, l'être humain n'a jamais pu creuser à plus de… 12 268 mètres. Ce forage, le plus profond de l'histoire, est l'œuvre des Soviétiques qui voulaient justement aller le plus loin possible. En 1970, ils choisissent la région de Kola, à la frontière avec la Finlande et commencent un forage d'à peine une vingtaine de centimètres de diamètre. Jusqu'en 1994, les Russes continueront de creuser pour atteindre donc ces 12 268 mètres de profondeur, après quoi ils décident d'annuler la mission, rendue compliquée par la température infernale de 180 degrés Celsius et la pression qui rendait inutilisable le matériel. "Il faut savoir que la température monte à plusieurs milliers de degrés en continuant la descente" précise Jean-Louis Bodinier.

Face à ces problèmes, l'équipe de Princeton, dirigée par Jeroen Tromp, s'est d'avantage intéressée aux phénomènes qui se déroulent dans le manteau terrestre : les ondes sismiques. "Nous pouvons déduire l'intérieur de la Terre grace à ces ondes générées par les tremblements de terre" explique Ebru Bozdag, de l'université Nice Sophia Antipolis, qui a participé à cette étude.

Leur épicentre, initié par des ruptures de roches gigantesques, peut être situé en surface, ce qui provoque les dégâts que l'on connaît, mais aussi plus profondément, jusqu'à 700 kilomètres dans le manteau. Leur étude donne des renseignements essentiels pour comprendre l'intérieur de la planète, grâce aux ondes de choc émises, de la même façon qu'une échographie permet de donner une image claire du corps humain. "C'est ce qu'on appelle la tomographie séismique" souligne Jean-Louis Bodinier. "La technique permet de donner une image 3D sur de très grandes profondeurs."



Pour modéliser la Terre entière, les chercheurs ont recueilli les informations de plus de 3000 tremblements de terre d'une magnitude d'au moins 5,5 sur l'échelle de Richter. En compilant les données, ils ont réussi à rendre une carte en 3D du manteau terrestre qui sera améliorée au fil des mois. Ils ont utilisé un ordinateur hors-norme, Titan, installé au département Energie du laboratoire d'Oak Ridge au Tennessee (Etats-Unis). La machine est capable de calculer 20 billiards d'opérations en 1 seconde (un billiard étant 1015).

L'ordinateur va ainsi analyser les vitesses des ondes sismiques. "La propagation est ralentie  lorsqu'elle traverse des liquides comme le magma" explique Jean-Louis Bodinier. "De la même façon, plus le matériau est chaud et plus la vitesse est lente." La nature des minéraux traversés agit de la même façon. Résultat en analysant les différentes vitesses, les chercheurs peuvent donc déterminer quelle matière se situe à tel endroit du manteau terrestre et notamment tenter de localiser les fameuses plaques tectoniques de la planète.

Dans un premier temps, l'intérêt d'une telle démarche a peu d'implication pour les non-scientifiques. "Nous sommes avant tout dans un domaine de science pure" tranche Jean-Louis Bodinier. "Cela nous permet notamment de comprendre comment la Terre s'est formée et a évolué pendant plusieurs millions d'années." Il faut dire que les éléments manquent encore. "Le plus grand défi, mais aussi la partie la plus excitante de ce travail, c'est que nous ne savons pas réellement ce que nous devons comprendre dans nos modèles" explique Ebru Bozdag. La structure est là, maintenant, que peut-on en déduire ?


Mais ces données pourront aussi, à terme, aider à mieux prévoir les tremblements de terre de surface. "Mieux comprendre les structure profondes permet de mieux comprendre ce qui se passe à la surface" précise le scientifique. "Les tremblements de terre ne sont qu'une pièce d'un mécanisme global bien plus important allant de la surface jusqu'au noyau" précise Ebru Bozdag. "Une perspective globale va nous aider à mieux comprendre ce qu'il se passe derrière les séismes qui nous affectent."

Mais le problème de cette technique, c'est que la résolution obtenue reste faible et on peut ainsi donner plusieurs interprétations d'une même image. Dans les prochains mois, le modèle va s'affiner. D'autant plus qu'une équipe française, s'apprête à publier une étude concurrente. La course au centre de la Terre est lancée.

 

 

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