Depuis les années 1920, grâce aux observations sismologiques, la structure radiale de notre planète est bien connue », explique Frédéric Deschamps, assistant chercheur à l’Institut des sciences de la Terre de l’Academia Sinica. La vitesse des ondes sismiques varie en fonction de la nature chimique et de la structure des roches, ainsi que de la température et de la pression. On a ainsi pu, en étudiant leur propagation à travers la Terre, observer des discontinuités à des profondeurs bien définies. Celles-ci sont autant d’indices de transitions entre différentes enveloppes.
L’île de Taiwan est en permanence agitée par des secousses sismiques, et ses scientifiques contribuent depuis une quarantaine d’années à fournir des données précieuses pour l’étude des profondeurs de la Terre. « Dans les années 80, la multiplication des enregistrements sismiques dans le monde a permis d’établir un modèle de référence pour la vitesse des différentes ondes sismiques en fonction de la profondeur », poursuit Frédéric Deschamps. Pour obtenir une représentation en trois dimensions de la structure du manteau terrestre, les chercheurs ont ensuite développé des techniques dites de « tomographie sismique ». La répartition inégale, à la surface de la Terre, des séismes et des stations sismiques limite cependant la précision de ces modèles.
Ces études ont toutefois révélé la structure à grande échelle du manteau terrestre. Celui-ci, dont on savait déjà qu’il est animé par de grands courants de convection, semble beaucoup plus hétérogène qu’on ne le pensait jusqu’alors. « Des calculs relativement simples de mécanique des fluides suggèrent que le manteau terrestre est dynamique, ce que confirment les observations géophysiques. Il semble statique mais, sur de très longues échelles de temps, il se comporte comme un fluide visqueux. Les détails de ces mouvements restent encore mal connus. L’enjeu est donc de mettre au point des modèles de convection expliquant la création de structures stables correspondant aux images observées aujourd’hui. »
Parmi ces structures, Frédéric Deschamps s’intéresse de près à deux grandes « provinces » découvertes ces dix dernières années à la base du manteau, à l’aplomb du Pacifique et de l’Afrique, et à une distance comprise entre 2 000 et 2 890 km de la surface. La présence de ces « provinces » a été révélée par des anomalies de vitesses sismiques, lesquelles, pense le chercheur, sont en partie dues à leur nature chimique, différente du reste du manteau. Quant à leur origine, deux hypothèses principales sont envisagées. Il pourrait s’agir de morceaux du plancher océanique entraînés, au niveau des zones de subduction, vers l’intérieur de la Terre, ou de « réservoirs de matériau primitif » formés très tôt dans l’histoire de la Terre mais restés enfouis à la base du manteau. Les études menées par Frédéric Deschamps à partir de modèles de convection thermochimique penchent pour cette deuxième explication mais beaucoup reste à faire pour mieux comprendre la structure et la dynamique interne de la Terre. Un travail que le Français poursuit désormais sur le campus de l’Academia Sinica.