Manteau (geologie)

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Structure de la Terre. 1. croûte continentale, 2. croûte océanique, 3. Manteau supérieur, 4. Manteau inférieur, 5. noyau externe, 6. noyau interne, A : Discontinuité de Mohorovicic, B: Discontinuité de Gutenberg, C: Discontinuité de Lehmann

Le manteau, en géologie, est une couche intermédiaire entre le noyau planétaire et la croûte terrestre.

Le manteau représente un peu plus de 80 % du volume de la Terre et environ 65 % de sa masse. Il est séparé de la croûte par la discontinuité de Mohorovicic (terme fréquemment abrégé en moho), et du noyau par celle de Gutenberg. Ces discontinuités marquent un contraste de densité entre les couches qu'elles séparent et portent chacune le nom du sismologue qui les a découvertes.

On distingue (en géochimie) un manteau supérieur, source des MORB (pour Mid-Ocean Ridge Basalts, les basaltes de dorsale) et un manteau inférieur source des OIB (Ocean Island Basalts, issus de points chauds tels Hawaii ou La Réunion).

D'un point de vue minéralogique, la transition manteau supérieur vers manteau inférieur est marquée par la transition de phase Olivine structure spinelle (Ringwoodite) en Perowskite + Magnésowüstite et s'effectue à 670 km de profondeur (environ 25 gigapascals soit 250 000 atmosphères). Cette discontinuité est visible également par les ondes sismiques. Le manteau inférieur, d'une épaisseur d'environ 2100 km, s'étend jusqu'au noyau externe.

Le manteau supérieur est divisé en deux parties séparées par une zone dans laquelle les ondes sismiques sont ralenties : la low velocity zone. La partie supérieure, du moho jusqu'à la LVZ est appelée manteau lithosphérique (du fait de son comportement plus cassant). La partie inférieure, dite manteau asthénosphérique a un comportement ductile.

Composition du manteau terrestre

Le manteau est constitué d'un agrégat de cristaux d'olivine, de pyroxènes et d'autres composants basiques. Avec la profondeur, la pression et la température augmentent et les minéraux évoluent au cours de transitions de phases. Vers 400 km, l'olivine se transforme en wadsleyite : c'est l'entrée de la zone de transition observée par les sismologues, du fait du saut de vitesses sismiques. Vers 500 km, une nouvelle phase se met en place, la ringwoodite mais est difficilement observée. Ensuite, à 670 km apparaît la perovskite, qui est le constituant majeur du manteau. Il existe aussi d'autres transitions, notamment pour les pyroxènes ou le passage à la phase de très haute pression qu'est la post-perovskite.

Les processus de déformations de ces minéraux sont encore mal connus, surtout à grande profondeur. Cependant, il est raisonnablement admis que l'olivine se déforme suivant des plans cristallins dans lequel des dislocations peuvent bouger.

Convection dans le manteau

La Terre possède une chaleur importante du fait de la radioactivité et de la chaleur d'accrétion initiale. Elle se refroidit en évacuant la chaleur à sa surface.
Pour cela, on connait trois mécanismes : conduction thermique, convection, transfert radiatif. Au niveau du manteau terrestre, la majeure partie du flux de chaleur est évacuée par la mise en mouvement des roches. En effet, du fait de la production de chaleur liée aux désintégrations radioactives et du flux provenant du noyau (faible), le fluide devient plus léger et la convection a lieu. Ces mouvements à l'état solide sont à l'origine des mouvements des plaques lithosphériques et des points chauds.

La physique de ce phénomène est complexe. En effet, les propriétés physiques des matériaux solides sont très différentes de celle de l'eau ou de l'air par exemple.

Fusion partielle et volcans

Le manteau terrestre est solide mais néanmoins visqueux (au sens physique du terme).
La partie du manteau supérieur faisant partie de la lithosphère est solide, le restant du manteau supérieur est plastique. Le manteau inférieur est plus fortement visqueux.

La production de magma s'effectue au niveau de zones de fusion partielle. Les principales zones sont les zones d'accrétion (ou dorsales océaniques), les zones de subduction et les points chauds. De petites zones du manteau supérieur, fondent partiellement, et remontent dans des chenaux vers la surface pour donner naissance à des volcans.

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