La structure du point chaud du manteau sous les Galapagos imagée comme jamais grâce aux sismomètres MERMAIDs !

Publié par C. Nicolas-Cabane pour Géoazur "Membre du Réseau Culture Science PACA", le 20 février 2019   780

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Les sismologues utilisent des ondes sismiques pour scanner l'intérieur de notre planète, un peu comme les médecins d'un hôpital effectuent des tomographies aux rayons X. Ils le font pour trouver l'origine de la formation d'îles volcaniques telles que La Réunion ou comprendre les sources de séismes profonds.

Mais imaginons un radiologue travaillant avec un instrument dépourvu de deux des trois capteurs nécessaires à ses analyses... c'est la situation à laquelle les sismologues sont confrontés, puisque les deux tiers de la Terre sont recouverts d'océans et ne sont pas accessibles à l'instrumentation avec des stations sismologiques.

Il y a quinze ans, Frederik Simons et Guust Nolet, de l'Université de Princeton, ont décidé de remédier à ce problème en construisant un robot sous-marin doté d'un hydrophone, microphone capable de capter les ondes sismiques qui pénètrent dans l'océan. Ils ont effectué des tests en Californie. Même si ces tests ont donné des résultats prometteurs, leur idée a continué à susciter beaucoup de scepticisme en raison du niveau de bruit élevé créé par les vagues de l'océan.

En 2008, Nolet prit une retraite anticipée à Princeton et s'installa à l'Université de Nice en France. Il obtint des fonds suffisants de l'ERC (European Research Council) pour développer pleinement, avec des ingénieurs de l'Unité Mixte de Recherche Géoazur (UNS, CNRS, OCA, IRD) de Université Côte d'Azur (UCA)  sous la direction de Yann Hello, un  robot "flotteur" baptisé "Mermaids" (Sirènes) dont une version  commerciale a été depuis développée par OSEAN à Le Pradet (Var).

Scientific Reports, la revue en libre accès du groupe Nature, a publié le 4 février les premiers résultats d’une expérience internationale d’imagerie réalisée avec des Mermaids.
Neuf d’entre eux ont flotté pendant deux ans près des îles Galapagos. L'expérience a impliqué des scientifiques d'institutions américaines, françaises, équatoriennes et chinoises

Mermaid en plongée

Figure 1 : Cette photo, prise lors du développement des Mermaids, montre un flotteur remontant à la surface  après avoir enregistré une onde sismique, dans le baie de Villefranche-sur-Mer. Une fois à la surface, il envoie aux scientifiques ses données sous forme de sismogramme par satellite.

Les auteurs de l'article ont mis en évidence la présence d'une panache de roches chaudes émanant du manteau à une profondeur de  1900 km, a l'origine de la formation des îles en surface.
En 1971 déjà, un géophysicien de Princeton, Jason Morgan, avait proposé ce modèle en panache sans pouvoir jamais le visualiser faute de moyen d'instrumentation  en stations sismologiques sous marines.
Avec ces robots robots qui flottent librement, les scientifiques ont aujourd'hui créé un réseau artificiel de sismomètres qui remontent en surface pour transmettre leurs données par satellites, chaque fois qu'ils détectent un signal sismique dans le bruit océanique environnant. Les auteurs montrent que, grâce aux données supplémentaires fournies par les "Mermaids", ils obtiennent une résolution suffisante là où la tomographie sismique conventionnelle échouait.

Mermaid en surface

Figure 2 : Un flotteur Mermaid récemment lancée près de Tahiti envoie des données au satellite avant de replonger à une profondeur de 1500 m pour poursuivre sa surveillance sismique.

La température très élevée du panache du manteau des Galapagos laisse entrevoir un rôle important des panaches dans le mécanisme qui permet à la Terre de maintenir sa température. Au 19e siècle, Lord Kelvin prédisait que la Terre perdrait sa chaleur et serait morte dans les 100 millions d'années suivant sa formation. Depuis, les géophysiciens essaient d'expliquer pourquoi la  température de la Terre est relativement constante depuis plus de 4,5 milliards d'années de son existence contrairement au prédiction de Kelvin. Elle ne peut le faire que si une partie de la chaleur provenant de son accumulation d'origine et de celle créée par les minéraux radioactifs, ne s'échappe pas du manteau inférieur. Mais la plupart des modèles prédisent que les mouvements de convection du manteau laisse  cette chaleur remonter en surface. Les résultats de l'expérience des Galapagos suggèrent une autre explication : le manteau inférieur est en partie hermétique à la convection et ne laisse la chaleur s'échapper  à la surface que sous la forme de panaches de roches fondues tels que ceux observés aux Galapagos et à Hawaii.

Points chauds des Galapagos

Figure 3 : En descendant à 1500 m sous la surface, les Mermaids explorent une grande surface sous marine. Les points rouges de cette carte montrent les endroits où un Mermaid a capté un signal sismique.

Pour répondre à cette question, Frederik Simons, Guust Nolet et Yann Hello se sont associés à des sismologues en Chine et au Japon et sont en train de lancer une cinquantaine de flotteurs Mermaids dans le Pacifique Sud afin d'étudier le vaste panache du manteau sous Tahiti.

Restez à l’écoute !

Contacts :
Guust Nolet
nolet@Princeton.EDU
Yann Hello
yann.hello@geoazur.unice.fr

Pour en savoir plus : les dernières publications

Mermaid : comment ça marche ? (Euronews)