Au plus profond de l'Afrique et du Pacifique central, à environ 2 890 kilomètres sous la surface, se nichent des anomalies géologiques fascinantes au sein du manteau terrestre. Les scientifiques exploitent les ondes sismiques issues des tremblements de terre pour sonder l'intérieur de la planète. Pourtant, dans ces régions, ces ondes se propagent avec une lenteur exceptionnelle, comme engluées dans une gelée.
Ces vastes structures, potentiellement étendues sur plusieurs centaines de kilomètres, sont connues sous le nom de zones à ultra-faible vitesse (ULVZ). Jusqu'à récemment, leur origine demeurait un enigma. Une équipe de géologues de l'Université de l'Utah propose désormais une explication : ces zones seraient des plaques de matériaux ancestraux, accumulés sur des milliards d'années au fond du manteau.
Les résultats, publiés dans Nature Geodesy and Gravity le 30 décembre, suggèrent que les ULVZ offrent un aperçu des conditions de la Terre primitive.
"Ce qui m'intrigue toujours, c'est leur nature si étrange au plus bas du manteau", explique Michael Thorne, géologue à l'Université de l'Utah et co-auteur de l'étude.
Pendant des années, les chercheurs ont peiné à identifier la composition, la taille et l'étendue exacte de ces ULVZ, situées à la frontière entre le manteau et le noyau externe. Plus denses que le manteau environnant, elles soulèvent plus de questions qu'elles n'en résolvent.
"Nous les observons en divers points du manteau inférieur, mais tant de questions fondamentales persistent : leur composition, leur morphologie précise", ajoute Thorne.
Comprendre leur formation est clé. "Les propriétés physiques des ULVZ sont intimement liées à leur genèse", précise Surya Pachhai, géophysicienne à l'Université de l'Utah et co-auteure, dans un communiqué.
Les hypothèses antérieures, comme un lien avec les points chauds volcaniques sous Hawaï ou Samoa, ne collent pas partout. De plus, les modèles monolithiques ne rendaient pas compte de structures multicouches potentielles.
L'équipe s'est focalisée sur une ULVZ sous la mer de Corail, au nord-est de l'Australie, zone sismiquement active idéale pour les observations. Les données sismiques fournissant des images floues, des simulations numériques ont été réalisées : modélisation de l'intérieur terrestre avec ULVZ variées, propagation d'ondes simulées, et comparaison aux observations réelles.
"Une découverte marquante : l'ULVZ présente des couches distinctes", souligne Thorne. C'est la première étude à en fournir une preuve formelle.
Les modèles révèlent des couches hétérogènes en composition et structure, formées il y a 4,5 milliards d'années, persistantes malgré la convection mantellique.
Les chercheurs lient cela à l'impact de Theia, un proto-planète percutant la jeune Terre, éjectant les débris formant la Lune. L'énergie colossale a généré un océan de magma où des matériaux denses ont sombré, cristallisant en ULVZ.
Cette théorie, testée sur un site spécifique, ouvre des perspectives. Étudier davantage les ULVZ éclairera l'océan de magma primitif.
"Avec tant d'inconnues, le potentiel de découvertes fondamentales sur la composition et le fonctionnement de notre planète est immense", conclut Thorne.
