Deux minéraux jusqu’alors jamais observés pourraient servir de réserves d’eau dans les zones les plus profondes du manteau inférieur, tout près de la limite avec le noyau. C’est la découverte que rapporte une étude publiée dans la revue Nature Geoscience. Les chercheurs les ont baptisés Fe5O12Hx et Fe7O12Hx : deux oxyhydroxydes de fer dont l’existence n’avait jusque-là jamais été mise en évidence.
Peu d’eau suffit à les faire apparaître
Pour identifier ces composés, l’équipe a recréé en laboratoire les conditions extrêmes qui règnent à des milliers de kilomètres sous nos pieds. La méthode repose sur des cellules à enclumes de diamant chauffées au laser : des dispositifs capables de comprimer de minuscules échantillons entre deux pointes de diamant tout en les portant à des températures énormes.
Le résultat le plus frappant tient à la sobriété du procédé. Dans certaines expériences, le matériau de départ contenait moins de 0,1 % d’eau. Cette quantité infime d’hydrogène a suffi à faire apparaître et à stabiliser les deux nouvelles phases minérales.
Le physicien des minéraux et cristallographe Leonid Dubrovinsky, de l’université de Bayreuth, résume ce constat : « Apparemment, même de très petites quantités d’hydrogène suffisent à stabiliser ces composés de fer hautement hydratés ».
Les deux oxyhydroxydes présentent une densité supérieure à celle des roches environnantes, un détail qui va s’avérer déterminant pour comprendre où ils pourraient s’être accumulés.
Une eau piégée dans la roche, pas dans une poche liquide
Il ne faut pas imaginer un océan souterrain. À ces profondeurs, les conditions sont trop extrêmes pour que l’eau libre subsiste sous une forme conventionnelle. Elle serait plutôt incorporée directement dans la structure cristalline des minéraux, un stockage bien différent d’une nappe ou d’un lac enfoui.
Or cette eau profonde n’est pas anecdotique. De petites quantités suffisent à modifier les propriétés des roches du manteau, à faciliter leur déformation et leur déplacement lent. Ces mouvements participent au cycle tectonique de la planète, qui régule le climat sur des millions d’années et recycle roches et éléments volatils entre la surface et l’intérieur.
Les scientifiques cherchaient depuis longtemps où pouvait se cacher cette eau dans les zones les plus profondes. Une piste évoquait un manteau initialement sec qui se serait hydraté par la suite. Les deux nouveaux composés offrent, pour la première fois, un candidat matériel concret.
Les chercheurs pensent que ces minéraux se sont formés lors des premières étapes de l’histoire de la Terre, quand un immense océan de magma en profondeur a commencé à se refroidir et à cristalliser. Plus denses que le matériau environnant, ils auraient pu s’enfoncer progressivement jusqu’à la limite entre le manteau et le noyau externe liquide, où ils stockeraient de l’eau depuis des milliards d’années.
Ce stockage ne serait toutefois pas figé pour l’éternité. Lorsque les courants du manteau ramènent ce matériau vers des zones moins profondes, la baisse de pression peut déstabiliser les minéraux et libérer l’eau qu’ils contiennent. Une partie pourrait alors s’incorporer à d’autres phases minérales et, avec le temps, remonter vers la surface via des panaches ascendants et l’activité volcanique.
Cette découverte pourrait aussi éclairer un autre mystère géologique. Près de la limite entre le manteau et le noyau, les ondes sismiques révèlent des structures appelées zones de vitesse ultra-basse, dont l’origine reste incertaine. Les nouveaux résultats offrent une piste possible sur leur composition.
Les chercheurs signalent également un lien envisageable avec la phase H, une structure minérale déjà observée dans des expériences à très haute pression, où de petites quantités d’humidité auraient pu apporter l’hydrogène nécessaire à sa formation.
Plusieurs questions restent ouvertes. Les scientifiques doivent encore préciser quelle quantité d’eau ces minéraux peuvent réellement stocker, ce qui se produit lorsqu’ils atteignent la frontière avec le noyau, et pendant combien de temps ils conservent ou libèrent cette eau. Rien, pour l’instant, ne démontre que ces composés existent réellement au cœur de la planète : les expériences en cellule à enclumes de diamant offrent une hypothèse, pas une preuve de terrain.
