Le manteau terrestre abriterait à plusieurs centaines de kilomètres de profondeur, environ 4 milliards de kilomètres cubes d'eau, soit trois fois plus que l'ensemble des océans de notre planète !

N'imaginez toutefois pas de grands lacs : cette eau serait piégée à l'intérieur des roches, sous forme d'ions). L'équipe américaine qui est parvenue à ce résultat à étudié la propagation, dans le manteau, d'ondes sismiques générées par plus de 500 séismes à travers le monde. Elle a alors repéré une diminution de la vitesse de ces ondes à 700 kilomètres de profondeur, ce qui indique que de l'eau y est présente. Le liquide ralentit en effet les ondes sur leur passage. Mais d'où vient cette eau ? Probablement de la ringwoodite, roche abondante entre 500 et 700 km de profondeur. Des expériences antérieures menées en laboratoire avaient montré que la ringwoodite pouvait absorber, sous forme d'ions hydroxydes,un peu d'eau - moins de 1 % de son poids -, dans les conditions de pression et de température qui prévalent à 500 km de profondeur. Les géophysiciens américains l'ont, eux, soumise aux conditions qui règnent à 700 kilomètres. Ils ont alors constaté que la ringwoodite libère toute son eau. "L'eau est expulsée du réseau cristallin de la roche et vient se placer le long des arêtes entre les grains", explique Benoit Tauzin, de l'université Claude-Bernard à Lyon. C'est ce phénomène que les ondes sismiques ont révélé. Cette couche de roches humides marquerait la limite inférieure de la plus grande réserve d'eau de la planète.

Remonté des profondeurs, ce diamant vient de livrer la preuve qu'un océan existe à 600 km sous terre. Car il contient de la ringwoodite, véritable graal des géologues.

ENJEUX : Pour mieux appréhender le volcanisme et les séismes qui secouent notre planète, il faut comprendre ce qui se passe à l'intérieur. Et savoir en particulier si on y trouve de l'eau. Cet élément est en effet indispensable à la tectonique des plaques dont elle facilite la déformation en les rendant plus élastiques. D'où l'importance des échantillons de matière venus des profondeurs.

Brune, minuscule, on dirait une pépite, sauf qu'elle n'a aucune valeur commerciale. Pourtant, il s'agit d'un diamant de 90 mg. Oui, mais c'est ce qu'il renferme qui le rend inestimable. Car une équipe de chercheurs américains vient de l'annoncer : découverte par un chasseur de cristaux amateur en 2008 dans une rivière brésilienne, puis achetée par des géochimistes qui l'ont baptisée JUc29, cette pierre contient une microscopique inclusion d'un matériau mythique... la ringwoodite. La ringwoodite ? Pour comprendre, il faut savoir qu'entre les manteaux supérieur et inférieur de la Terre, c'est-à-dire entre 410 et 660 km, se trouve une zone de transition peu connue, mais cruciale : "On pense, explique le géochimiste Graham Pearson, qui a mené les recherches à l'université de l'Alberta (Canada), que c'est la principale zone de stockage de l'eau dans la Terre solide". Une zone en partie responsable de la tectonique des plaques.
Ce qu'on sait d'elle ? Elle serait composée d'olivine, mais sous une forme ultra-compacte, pour résister aux pressions énormes des profondeurs (de 20 à 40 gigapascals, soit plusieurs centaines de milliers de fois la pression atmosphérique). Son existence a été théorisée pour la première fois par Ted Ringwood, d'où son nom, donné par les chercheurs qui l'ont synthétisée en 1989. Si, selon Graham Pearson, elle pourrait composer à 60 % la zone de transition, personne, jusqu'ici, n'avait réussi à mettre la main dessus. Les seuls échantillons connus sont d'origine extraterrestre, ou ont été synthétisés en laboratoire. En revanche, d'autres diamants remontés des profondeurs ont déjà été découverts, porteurs d'inclusions de pyroxène ou de grenat, certains même venant de plus loin, jusqu'à 800 km. "Nous sommes tombés dessus par accident, raconte Graham Pearson, alors que nous étions à la recherche d'un autre minéral". Il a fallu ensuite presque 6 ans pour l'identifier formellement. "C'est la première fois qu'on en trouve venant directement de la zone de transition", s'enthousiasme Pierre Cartigny, directeur de recherche à l'Institut de physique du globe, à Paris.
Cette trouvaille tient d'ailleurs du miracle. Pour arriver jusqu'à nous, cette pépite a parcouru près de 600 km à travers le manteau, et n'aurait, en théorie, jamais dû parvenir à la surface. Du moins, pas sous cette forme. "Elle a sans doute été protégée par le diamant qui l'a capturée, l'empêchant de devenir de l'olivine", précise Fabrice Brunet, directeur de recherche et minéralogiste à l'Institut des sciences de la Terre, à Grenoble. De quoi confronter les hypothèses théoriques sur le monde des grandes profondeurs à un premier témoin matériel.

UN GIGANTESOUE OCÉAN

Que raconte cette ringwoodite ? D'abord, que la zone de transition est bien gorgée d'eau. La théorie suppose en effet que ce matériau doit se trouver, dans la zone de transition, sous une forme hydratée. "La ringwoodite ne contient pas naturellement d'eau, comme le mica ou l'argile, explique Fabrice Brunet. Mais les expériences ont établi qu'il était possible d'en faire entrer jusqu'à 2,5 % sous forme de défaut". Résultat ? Ce fragment contient 1,5 % d'eau, confirmant en partie la théorie. Et laissant présager que les 250 km de la zone de transition contiendraient jusqu'à l'équivalent d'un gigantesque océan même sous forme non liquide.
Pour l'évaluer, encore faudrait-il savoir si la zone de transition est homogène. Ce dont doute Fabrice Brunet. Pour lui, le diamant est probablement remonté à la faveur d'une de ces éruptions ultraviolentes, dites "kimberlites", qui ont eu lieu il y a de 70 à 150 millions d'années : la vitesse du magma a alors pu atteindre 10 à 30 m/s ! Or, ces zones volcaniques sont des zones spécifiques du manteau où l'eau abonde. Cette découverte permet en tout cas de mieux comprendre le cycle de l'eau terrestre. "Tous les milliards d'années, l'équivalent d'un océan complet est recyclé dans le manteau profond, explique Graham Pearson. Il est maintenant clair qu'une partie de cette eau réside un moment dans la zone de transition". Pour le géochimiste, la micro-inclusion dans JUc29 éclaire aussi l'origine des kimberlites : "Notre découverte indique que ce type de roche magmatique doit provenir de beaucoup plus loin que les 200 km envisagés, jusqu'à 700 km sous terre". Pierre Cartigny se montre plus prudent sur ce point : "Nous n'avons même pas la certitude que le diamant ait été éjecté par une éruption de ce type : il a été découvert dans les alluvions d'une rivière, et la kimberlite dont il proviendrait n'a toujours pas été trouvée. Après l'heure de la découverte s'ouvre donc celle des débats. Avec ces quelques microgrammes de matière protégés dans leur écrin de diamant, débute pour les géologues leur plus profond voyage vers le centre de la Terre.

Dans le nord du Pacifique, sous l'Asie, le manteau terrestre (jusqu'à 670 km de profondeur) renfermerait jusqu'à 2 % d'eau. À une profondeur de 520 à 670 km, au cœur du manteau terrestre, les régions qui apparaissent en rouge ont une teneur en eau de 2 %.

C'est l'un des enseignements tirés de la carte de répartition de l'eau dans les profondeurs levée par une équipe de l'université d'Oregon (États-Unis) et publiée dans Nature (20 août). Cette présence serait due à la subduction. En plongeant dans le manteau, la plaque océanique entraînerait avec elle des minéraux hydratés. Ces derniers libéreraient ensuite leur eau dans le manteau terrestre. Ces résultats sont fondés sur des mesures de conductivité électrique, corrélée au mouvement des ions hydrogène provenant principalement de l'eau libérée : "Nous accumulons des mesures depuis vingt ans et aujourd'hui seulement nous pouvons établir ces cartes", explique Pascal Tarits, de l'Institut universitaire européen de la mer (IDEM), à Brest, qui travaille sur des données en provenance de plus grandes profondeurs.

Depuis quelques années, les géophysiciens soupçonnent la présence de l'équivalent d'un océan terrestre sous nos pieds... "Sans que l'on puisse encore confirmer", rappelle Pascal Tarits. L'élément liquide, même en très faible quantité, jouerait un rôle important dans la viscosité des roches et leur fracture lors de séismes. De même, il modifierait le régime des éruptions volcaniques.

Des géochimistes britanniques ont démontré qu'il y avait de l'eau de mer à plusieurs centaines de kilomètres sous le plancher océanique !

La composition en gaz nobles (xénon, krypton, argon) du manteau supérieur de la Terre (de 50 à 670 km de protondeur) se révèle en effet similaire à celle de l'eau de mer. Preuve indirecte que cette eau s'infiltre plus profondément qu'on ne le croyait jusque-là. Voilà qui expliquerait pourquoi le volcanisme de point chaud - à l'origine des îles océaniques comme Hawaï, la Réunion ou l'Islande - et qui trouve sa source à 2900 km de profondeur, est caractérisé par des basaltes plus riches en eau que ceux émis au niveau des rides océaniques, dont la source est plus superficielle. 10 % de l'eau des océans aurait été absorbée dans le manteau depuis la formation de la Terre.