C’est un voyage vers les profondeurs de la Terre qui nous attend, plus exactement dans son manteau, cette couche intermédiaire entre le noyau et la croûte terrestres. Le manteau terrestre représente un peu plus de 80 % du volume de la Terre et environ 65 % de sa masse. Autant dire que c’est un sujet important pour les chercheurs, comme Barbara Romanowicz de l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP) et de l'Université de Californie à Berkeley. Son objectif : mieux comprendre la structure et la dynamique internes du manteau dont les mouvements expliquent la tectonique des plaques et la dérive des continents.

Ici, l’usage du calcul intensif est impératif : "il s’agit d’imager le plus précisément possible l’intérieur du manteau terrestre, depuis sa couche supérieure jusqu’à sa couche inférieure, en utilisant les ondes sismiques qui se propagent au cœur de la planète", explique-t-elle.

Pour y parvenir, son équipe a développé un modèle global qui prend en compte la totalité du manteau terrestre. Un travail titanesque : "10 ans ont été nécessaires pour le mettre au point mais c’est le premier du genre", souligne-t-elle.

Avec ce modèle, Barbara Romanowicz et son équipe ont confirmé que le volcanisme dit de "point chaud" est créé par des remontées de matière provenant des profondeurs du manteau, à la limite avec le noyau et n’est donc pas lié au mouvement des plaques tectoniques. Ils ont également relié ces remontées à une vingtaine de "volcans chauds" autour du monde.

Ces calculs ont mobilisé à la fois les moyens de GENCI (400 000 heures sur Occigen en 2015) et ceux du National Energy Research Scientific Center (NERSC) aux Etats-Unis. Ils sont une première étape vers la mise au point d’un "télescope numérique" qui permettra aux chercheurs de l’IPGP de zoomer sur certaines parties spécifiques du manteau terrestre.

 

Sismologie

Coupes verticales à travers le manteau terrestre, au voisinage de plusieurs volcans de points chauds (triangles verts). Ces coupes montrent les variations latérales des vitesses de cisaillement dans le manteau (en termes de pourcentage de la moyenne globale à chaque profondeur). Elles représentent au premier ordre les variations latérales de température (les régions plus chaudes ont des vitesses de cisaillement plus faibles que la moyenne). Les traits en pointillé marquent les profondeurs de 400, 660 et 1000 km. Jusqu'à présent, l'existence de panaches mantelliques sous les principaux points chauds n'était pas résolue de manière robuste. Ces panaches d'allure verticale dans le manteau inférieur sont présents sous environ 20 des volcans de points chauds dans le monde.
© French et Romanowicz, Nature, 2015