Comment montrer que le manteau est homogène ?

« En classe de première S, on estime la composition du noyau en faisant la différence (Terre globale - manteau). On fait pour cela l'hypothèse que le manteau est homogène. Pour le vérifier, est-ce que je peux tracer une courbe de la vitesse des ondes P dans le manteau et une autre avec des vitesses théoriques mesurées par exemple sur enclume à diamant, comparer ces deux courbes, dire qu'elles se ressemblent et déduire c'est homogène ? »

L'idée motrice est de faire l'hypothèse que la chimie des péridotites que l'on observe dans les 200 premiers kilomètres du manteau est la même jusqu'à 2.900 kilomètres de profondeur. On regarde comment cette roche se comporte si on la soumet aux conditions de pressions et de températures qui règnent au sein du manteau.

En soumettant les péridotites à des pressions et températures (le long d'un géotherme) croissantes en utilisant en particulier la technique dite de la cellule à enclumes de diamant, on forme les phases minérales et donc les roches susceptibles d'être présentes à plus grande profondeur dans le manteau. Ainsi :

D'autres transformations des pyroxènes et des grenats en majorite sont possibles.

Source - © 2003 Philippe Gillet

Figure 1. Variation de la vitesse des ondes sismiques S en fonction de la profondeur et changements minéralogiques dans le manteau

Les changements minéralogiques observés dans les péridotites en laboratoire sont en accord avec l'existence des grandes discontinuités que les sismologues ont mis en évidence à 410 et 660 km de profondeur dans le manteau. On peut donc tester l'hypothèse du manteau chimiquement homogène en comparant par exemple la courbe de densité mesurée en fonction de la profondeur à la courbe de densité calculée des différents assemblages minéralogiques produits en laboratoire.

Source - © 2003 Philippe Gillet

Figure 2. Variations des vitesses des ondes sismiques et de la densité du manteau en fonction de la profondeur, obtenues à partir du modèle minéralogique et à partir des données sismologiques

Remarque : Si l'on considère l'étude de la composition isotopique ou des éléments présents en traces dans les roches, on peut déceler des hétérogénéités dans le manteau.