Sciences · Terre et climat
Le manteau terrestre
Le manteau terrestre est l’enveloppe rocheuse située entre la croûte et le noyau, de quelques dizaines de kilomètres à 2 890 km de profondeur. Solide, il se déforme lentement et entraîne les plaques tectoniques.
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Le manteau est de loin la plus grande couche de la Terre : il représente environ 84 % de son volume et les deux tiers de sa masse. Il s’étend du Moho, la base de la croûte (entre 5 et 70 km de profondeur), jusqu’à la limite du noyau, vers 2 890 km. Contrairement à une idée tenace, il n’est pas fait de lave : il est presque entièrement solide, mais assez chaud pour couler comme une pâte extrêmement visqueuse à l’échelle des millions d’années.
Les zones du manteau
| Zone | Profondeur approximative | Caractéristiques |
|---|---|---|
| Manteau lithosphérique | Du Moho à environ 100 km | Rigide, soudé à la croûte : il forme avec elle la lithosphère |
| Asthénosphère | Environ 100 à 250 km | Plus chaude et plus ductile, parfois partiellement fondue (moins de quelques %) |
| Zone de transition | 410 à 660 km | Les minéraux changent de structure sous l’effet de la pression |
| Manteau inférieur | 660 à 2 890 km | Très comprimé, le plus volumineux |
| Couche D″ | Les 200 à 300 derniers kilomètres | Zone hétérogène au contact du noyau, très chaude |
La température passe d’environ 500 °C sous le Moho à près de 4 000 °C à la base du manteau.
De quoi est fait le manteau ?
La roche typique du manteau supérieur est la péridotite, une roche verte composée surtout d'olivine, de pyroxènes et de grenat. Elle est riche en magnésium et en fer, et plus pauvre en silice que les roches de la croûte.
Avec la profondeur, la pression réorganise les atomes en structures plus compactes, sans changer la composition chimique :
- vers 410 km, l’olivine se transforme en wadsleyite ;
- vers 520 km, en ringwoodite ;
- vers 660 km, en bridgmanite et ferropériclase.
La bridgmanite, un silicate de magnésium et de fer, est ainsi le minéral le plus abondant de la Terre, alors qu’on ne l’observe à la surface que dans quelques météorites choquées.
Comment connaît-on le manteau ?
- Les ondes sismiques : leur vitesse renseigne sur la densité et la température ; la tomographie sismique en tire des images en trois dimensions du manteau.
- Les échantillons naturels : des fragments de péridotite (xénolithes) sont arrachés et remontés par certains magmas ; les kimberlites remontent des roches et des diamants formés à plus de 150 km.
- Les ophiolites : des morceaux de lithosphère océanique, avec du manteau, charriés sur les continents lors de collisions, comme en Oman ou dans les Alpes.
- Les expériences à haute pression et la modélisation numérique.
La convection du manteau
Le manteau évacue la chaleur interne de la Terre par convection : des roches chaudes, moins denses, remontent très lentement, tandis que les roches froides, plus denses, redescendent. Les vitesses sont de l’ordre de quelques centimètres par an, celle de la croissance d’un ongle.
Cette convection est liée aux mouvements des plaques :
- aux dorsales océaniques, le manteau remonte et fond partiellement (voir dorsale océanique) ;
- aux zones de subduction, la lithosphère océanique froide plonge dans le manteau ; la tomographie montre des plaques plongeantes jusqu’à la base du manteau (voir subduction) ;
- des panaches chauds montent peut-être depuis la base du manteau jusque sous les points chauds comme Hawaï ou La Réunion.
La traction des plaques plongeantes est aujourd’hui considérée comme le principal moteur de la tectonique des plaques.
Pourquoi le manteau fond-il par endroits ?
Le manteau est solide parce que sa température reste inférieure à son point de fusion à la pression où il se trouve. Il fond partiellement dans trois situations :
- par décompression : quand il remonte rapidement (dorsales, points chauds), la pression baisse plus vite que la température ;
- par ajout d’eau : dans les zones de subduction, l’eau libérée par la plaque plongeante abaisse le point de fusion du manteau situé au-dessus ;
- par apport de chaleur : plus rare, au contact de magmas très chauds.
Les liquides formés, des basaltes le plus souvent, remontent et alimentent les volcans. Seule une petite fraction de la roche fond : quelques pour cent à une vingtaine de pour cent.
Les grandes structures profondes
La tomographie sismique a révélé, à la base du manteau, deux immenses régions où les ondes sont ralenties, sous l’Afrique et sous le Pacifique. Ces grandes provinces à faible vitesse de cisaillement s’étendent sur des milliers de kilomètres. Leur origine (matière plus chaude, chimiquement différente, voire vestige de l’impact qui a formé la Lune) fait l’objet de recherches actives.
Questions fréquentes
Le manteau est-il liquide ?
Non. Il est solide à plus de 99 %. Il se comporte comme un fluide seulement sur des millions d’années, comme un glacier qui coule tout en étant fait de glace solide.
Quelle est l’épaisseur du manteau ?
Environ 2 850 km, du Moho (5 à 70 km de profondeur) jusqu’à la limite avec le noyau, vers 2 890 km.
Quelle est la différence entre manteau et asthénosphère ?
L’asthénosphère est une partie du manteau supérieur, entre environ 100 et 250 km de profondeur, plus ductile que le reste. La lithosphère rigide glisse sur elle.