Enfin, les foreurs océaniques exhument une abondance de roches du manteau terrestre

En 1961, des géologues au large de la côte Pacifique du Mexique se sont lancés dans un voyage audacieux vers une terre étrangère : l'intérieur de la planète. Depuis un navire, ils visaient à percer le mince placage de la croûte terrestre et à saisir un échantillon du manteau, la couche de roche dense de 2900 kilomètres d'épaisseur qui alimente les éruptions volcaniques et constitue la majeure partie de la masse de la planète. La foreuse n'est descendue qu'à quelques centaines de mètres sous le fond marin avant que le projet ne s'effondre sous la montée en flèche des coûts. Mais la quête - l'un des Saint Graal de la géologie - est restée.

Ce mois-ci, les chercheurs à bord du JOIDES Resolution, navire amiral du Programme international de découverte des océans (IODP), disent avoir finalement réussi. En forant sous le fond marin au milieu de l'océan Atlantique, ils ont collecté un noyau de roche de plus d'un kilomètre de long, composé en grande partie de péridotite, une sorte de roche du manteau supérieur. Bien qu'il ne soit pas clair à quel point les échantillons sont vierges et inaltérés, il est certain que les cylindres de roche gris-vert présentent un nouveau record sans précédent, déclare Susan Lang, biogéochimiste à la Woods Hole Oceanographic Institution et co-responsable de la croisière. "Ce sont les types de roches que nous espérions récupérer depuis longtemps."

Les chercheurs à terre suivent avec impatience les journaux scientifiques quotidiens du navire alors qu'il continue de forer, explique Jessica Warren, géochimiste du manteau à l'Université du Delaware. "Se mettre à ce truc vraiment nouveau a été un rêve pendant des décennies et des décennies", dit-elle. "Nous allons enfin voir le Magicien d'Oz."

Les échantillons peuvent aider à répondre à une foule de questions, explique Johan Lissenberg, un pétrologue igné de l'Université de Cardiff à bord du navire. Ils peuvent fournir des preuves directes de la différence de composition entre la croûte océanique et le manteau supérieur et de meilleures estimations des abondances élémentaires dans le principal réservoir de roche de la planète. Les échantillons de manteau aideront également les chercheurs à comprendre comment le magma fond hors du manteau et monte à travers la croûte pour entraîner le volcanisme, explique Lissenberg. "Cela pourrait être un grand pas en avant pour comprendre le magmatisme et la composition globale de la masse de la Terre."

Le projet de 1961, appelé Project Mohole, a été la première d'une poignée de tentatives infructueuses pour atteindre le manteau. Il a été nommé d'après la discontinuité de Mohorovičić, ou "Moho", une frontière géophysique définie par un pic soudain de la vitesse des ondes sismiques où la croûte, un mélange de roches cristallisées à partir de la fonte du manteau et altérées par l'eau, cède la place à la plus manteau homogène. Le Moho se trouve à environ 35 kilomètres sous l'épaisse croûte continentale. Mais ce n'est qu'à environ 7 kilomètres sous la croûte océanique. Et il est encore moins profond sur le site de forage de la résolution JOIDES sur la dorsale médio-atlantique, où les plaques tectoniques nord-américaine et eurasienne sont étirées, forçant le manteau vers le haut.

Récupérer un long noyau du manteau n'était pas l'objectif principal de la croisière, qui sonde le massif de l'Atlantide, une montagne sous-marine, à la recherche d'indices sur l'origine de la vie. Les roches du massif contiennent beaucoup d'olivine, un minéral qui réagit avec l'eau dans un processus appelé serpentinisation. Les réactions génèrent de l'hydrogène, qui sert de source d'énergie pour la vie microbienne dans la "cité perdue", un complexe voisin de cheminées minérales au fond de l'océan déposées par des jaillissements d'eau surchauffée.

Il a longtemps été théorisé que la vie pourrait provenir de tels environnements, qui sont riches en molécules organiques. La croisière visait à approfondir un trou de 1,4 kilomètre de profondeur précédemment foré, poussant à une profondeur trop chaude pour la vie, où des composés organiques qui auraient pu fournir la matière première de la première vie pourraient se cacher. Mais les progrès ont été lents.

Le navire est donc retourné sur un autre site près de Lost City, où des carottes peu profondes forées en 2015 avaient trouvé ce qui semblait être des roches du manteau fortement altérées par l'eau de mer. Après avoir traversé une faille horizontale près du fond marin, "le forage s'est si bien passé comme par magie", a déclaré Andrew McCaig, géologue à l'Université de Leeds et autre scientifique en chef de la croisière. Le seul hic est survenu lorsque les roches de péridotite récupérées contenaient des veines d'amiante, ce qui a entraîné une augmentation des protocoles de sécurité.

Il y a encore matière à débat pour savoir si les roches sont un véritable échantillon du manteau, explique Donna Blackman, géophysicienne à l'Université de Californie à Santa Cruz. On pense que l'accélération sismique au Moho reflète le manque d'eau ou de minéraux de calcium et d'aluminium dans les roches du manteau. Parce que les échantillons montrent encore une certaine influence de l'eau de mer, Blackman dit qu'elle pourrait les classer comme croûte profonde. "Mais la pétrologie est intéressante et spéciale malgré tout", dit-elle. Et alors que l'équipe continue de forer dans des roches plus profondes, Lissenberg déclare : "Elles deviennent plus fraîches."

En effet, il semble que l'équipe échantillonne déjà des roches du manteau qui n'ont jamais fondu en magma, qui se refroidit ensuite et se cristallise en différents types de roches crustales, explique Vincent Salters, géochimiste à la Florida State University. En capturant la roche à ce stade, dit-il, les chercheurs devraient être en mesure d'apprendre comment le magma fond, s'écoule et se sépare - des indices sur le fonctionnement des volcans dans le monde entier.

Selon James Day, géochimiste à la Scripps Institution of Océanographie. L'abondance d'éléments radioactifs dans les roches pourrait améliorer les estimations de la quantité de chaleur produite par le manteau dans son ensemble, entraînant les mouvements convectifs profonds qui sont le moteur de la tectonique des plaques. Et leur force physique peut éclairer les études sur la façon dont les tremblements de terre se fracturent et se propagent dans le manteau supérieur. Les noyaux pourraient également aider à clarifier la qualité du mélange du manteau, en réincorporant des ingrédients de la croûte continentale qui sont ramenés à l'intérieur de la Terre dans les profondes tranchées océaniques. "Il y a tellement plus à cela que de comprendre un petit morceau du fond de l'océan", déclare Day.

La recherche sur les roches a déjà commencé dans les laboratoires à bord du JOIDES Resolution, et éventuellement les noyaux seront disponibles dans les dépôts IODP pour tous. Mais toute l'excitation suscitée par les échantillons de roche s'accompagne également d'une certaine amertume : l'expédition pourrait être l'une des dernières pour le navire. En mars, la National Science Foundation (NSF) a annoncé qu'en raison de l'augmentation des coûts et de l'absence d'accord avec ses collaborateurs internationaux, elle mettrait fin à son contrat d'exploitation du navire en septembre 2024.

Le navire est en très bon état et pourrait continuer jusqu'en 2028, déclare Anthony Koppers, vice-président associé à l'Oregon State University et leader de la communauté IODP. Il y a encore une faible possibilité que le Congrès américain finance une prolongation, dit-il. Mais NSF n'a pas encore prévu de développer un navire successeur. Et les deux autres gros contributeurs à l'IODP, l'Europe et le Japon, passent à autre chose. Ce mois-ci, ils ont annoncé la création d'IODP³, un nouveau programme de forage mondial qui fera un usage intensif du navire de forage japonais, le D/V Chikyū, qui a opéré dans le passé principalement dans les eaux proches du Japon.

C'était la première croisière de Lang sur le JOIDES Resolution, et elle a été étonnée de voir à quel point ses laboratoires étaient bien équipés et à quel point son personnel technique était compétent. Le succès qu'ils obtiennent témoigne de leurs décennies d'expérience à sonder sous le fond de l'océan, dit-elle. "C'est tellement malheureux que quelque chose comme ça soit perdu."