Ils regardent à l'intérieur de la Terre ! «Il y avait une énorme anomalie, je me suis dit: ce n'est pas possible»

Philipp Dahm

2.2.2025

Des chercheurs de l'ETH Zurich ont développé un nouveau modèle qui permet de jeter un regard plus pointu sur l'intérieur de la Terre. Et ils ont trouvé des anomalies auxquelles personne ne s'attendait. Thomas Schouten explique ce qu'il en est.

Grâce à une nouvelle méthode, des chercheurs de l'ETH ont regardé plus précisément que jamais à l'intérieur de la Terre. Le fait qu'ils aient trouvé dans l'ouest du Pacifique une anomalie qui n'était jusqu'à présent associée qu'aux plaques continentales est la grande surprise.
Grâce à une nouvelle méthode, des chercheurs de l'ETH ont regardé plus précisément que jamais à l'intérieur de la Terre. Le fait qu'ils aient trouvé dans l'ouest du Pacifique une anomalie qui n'était jusqu'à présent associée qu'aux plaques continentales est la grande surprise.
Google Earth

Philipp Dahm

«Découverte sensationnelle : y aurait-il un monde perdu sous les océans ?», titre «Bild». La raison : des chercheurs de l'ETH Zurich ont réussi à jeter un coup d'œil inédit à l'intérieur de la Terre. Il s'agit de la «première grande surprise de l'année en matière de recherche», se réjouissent les Allemands.

Thomas Schouten fait partie de cette équipe de chercheurs dont les travaux ont été publiés dans «Nature»: le doctorant explique dans un entretien ce qu'ils ont découvert.

Monsieur Schouten, pourquoi en savons-nous plus sur l'espace et les profondeurs marines que sur l'intérieur de la Terre ?

Le problème, c'est que nous ne pouvons pas regarder directement à l'intérieur de la Terre. Le trou le plus profond que l'homme ait foré se trouve en Russie. Après 12 kilomètres de forage, les machines sont tombées en panne, car la pression et la température étaient trop élevées. Ce qui est difficile, c'est que le diamètre de la Terre est de plus de 12'700 kilomètres : il y a donc pas mal de choses que nous ne pouvons pas voir.

Une tour de forage sur la péninsule de Kola en 2007. Le forage de Kola est considéré comme le seul forage trop profond dans un bouclier continental.
Une tour de forage sur la péninsule de Kola en 2007. Le forage de Kola est considéré comme le seul forage trop profond dans un bouclier continental.
Commons/Andre Belozeroff

On a tout de même pu jeter un coup d'œil plus en profondeur...

On procède comme un médecin qui fait une échographie : on utilise des ondes qui ont une certaine énergie. En fonction de la manière dont ces ondes traversent un corps, on peut tirer des conclusions sur sa structure. Cela vaut pour l'homme comme pour la terre. Les ondes sont accélérées, ralenties, déviées ou réfléchies par des structures dans le corps. Ces changements de vitesse des ondes sont appelés «anomalies sismiques».

Quels problèmes les géologues rencontrent-ils lorsqu'ils mesurent ces anomalies ?

Quand on est chez le médecin et qu'on fait une échographie du cœur, on obtient théoriquement une image uniforme. On a partout la même résolution de l'intérieur, parce qu'il y a une répartition uniforme des sources et des récepteurs dans l'appareil à ultrasons. Le problème avec la terre, c'est que les sismographes qui enregistrent les ondes ne sont pas aussi bien placés que pour les ultrasons. La plupart du temps, ils ne sont présents que sur terre : il y en a aussi au fond de la mer, mais ils sont peu nombreux et temporaires.

Où sont donc généralement placés les sismographes ?

Ils sont généralement placés là où il y a des tremblements de terre. En Amérique du Sud, la plupart sont situés sur la côte ouest, là où la plaque Pacifique se glisse sous la plaque sud-américaine. Pour un pays comme le Chili, il est donc beaucoup plus important d'avoir un bon réseau de sismographes que pour le Brésil, où il y a beaucoup moins de tremblements de terre.

Un appareil à ultrasons reproduit partout la même qualité élevée, et pour la Terre, cela dépend de combien et de l'endroit où se trouvent les sismographes ?

Exactement, cela dépend de l'endroit où l'on se trouve et de ce qui est enregistré. Jusqu'à présent, un autre problème était qu'un tremblement de terre génère beaucoup de données - en fait, trop de données pour être traitées. C'est pourquoi on se limite à une sélection d'ondes que l'on mesure. On prend celles qui sont les plus faciles à détecter : ce sont les deux premières vagues que l'on voit. Cela a déjà bien fonctionné : on a pu faire des images de l'intérieur de la Terre.

Mais ?

La résolution est très variable. Dans certaines zones - par exemple l'océan Pacifique - nous ne voyons qu'une image très floue. C'est un océan, il y a très peu de sismographes.

Qu'est-ce que cela a changé ?

Dans mon département, le professeur de sismologie Andreas Fichtner a travaillé avec ses doctorants Sebastian Noe et Sölvi Thrastarson sur un procédé appelé Full Waveform Inversion. Cette méthode n'utilise pas seulement les deux premières ondes du sismogramme, mais aussi beaucoup plus d'informations provenant d'ondes arrivant plus tard. En fait, il y en a même trop. Andreas Fichtner et son équipe se sont penchés sur la question et ont réfléchi à la manière de traiter ces informations le plus efficacement possible. Le résultat est un nouveau modèle haute résolution.

Vagues sur un sismographe au Sea Lab de New Bedford, Massachusetts.
Vagues sur un sismographe au Sea Lab de New Bedford, Massachusetts.
Photo d'archives : IMAGO/USA TODAY Network

Pour quoi vouliez-vous utiliser ce modèle ?

Je reconstruis des chemins de plaques. C'est difficile, car de grandes parties de plaques terrestres disparaissent dans l'intérieur de la terre par subduction - comme c'est le cas pour la côte ouest de l'Amérique du Sud. Sur les images précédentes de l'intérieur de la Terre, on a toujours vu un certain type d'anomalies sous ces zones de subduction, et la théorie courante est que ces anomalies sont simplement les plaques qui ont disparu.

Qu'a montré la nouvelle méthode ?

Quand j'ai regardé l'ouest du Pacifique dans le nouveau modèle à haute résolution, je me suis dit : ce n'est pas possible. Il y avait une énorme anomalie qu'aucun modèle n'avait vue jusqu'à présent. Au début, nous pensions avoir trouvé une nouvelle plaque.

Pourquoi n'est-ce pas le cas ?

Nous avons trouvé les anomalies non seulement sous le Pacifique occidental, mais aussi partout - notamment sous des continents et des océans stables. Nous pensions que nous ne trouverions les anomalies que là où des plaques se glissent sous d'autres plaques. Maintenant, nous voyons que ce type d'anomalie est beaucoup plus répandu que nous ne le pensions. La raison pour laquelle ces anomalies ont toujours été interprétées comme des plaques terrestres est en partie due au fait qu'elles étaient généralement visibles là où on les attendait.

Les ondes sismiques se déplacent plus lentement dans les zones rouges et plus rapidement dans les zones bleues : un nouveau modèle de l'EPFZ montre soudain une zone bleue dans le Pacifique ouest, à laquelle personne ne s'attendait.
Les ondes sismiques se déplacent plus lentement dans les zones rouges et plus rapidement dans les zones bleues : un nouveau modèle de l'EPFZ montre soudain une zone bleue dans le Pacifique ouest, à laquelle personne ne s'attendait.
Graphique : Sebastian Noe / ETH Zürich

Pouvez-vous expliquer à nouveau l'image que vous avez publiée à ce sujet ?

L'image montre la vitesse des vagues : Dans la zone bleue, elles sont un peu plus rapides que la moyenne et dans la zone rouge, un peu plus lentes. Cela est influencé d'une part par la température : le bleu signifie un peu plus froid, le rouge est plus chaud. L'idée est qu'une plaque qui est froide s'enfonce dans le manteau. Mais il existe d'autres facteurs que la température qui influencent les ondes.

Quels sont ces facteurs ?

Il s'agit de la composition chimique, qui peut indiquer qu'il s'agit d'une autre roche. Les ondes sismiques se déplacent plus rapidement à travers les matériaux terrestres s'ils contiennent plus de fer ou de silicium. Le silicium est, avec le sable, l'un des principaux éléments chimiques du manteau terrestre.

Est-ce surprenant ?

Non, il n'est pas si surprenant qu'il ait des compositions différentes dans différentes régions du manteau. Nous le savons parce que les géochimistes ont étudié le matériau des volcans. Il y a certes des mouvements de convection à l'intérieur de la Terre depuis quatre milliards d'années, mais ils ne fonctionnent pas de manière à ce que tout soit complètement mélangé. Dans certaines régions, il y a des matériaux peu mélangés, dans lesquels il peut y avoir plus de fer ou plus de silice.

Y a-t-il d'autres théories sur les anomalies ?

Il y a un peu plus de fer dans les plaques que dans le manteau et lors de la subduction, le fer se dissout. La plaque s'enfonce et se dissout, mais le fer peut s'accumuler dans certaines zones du manteau à cause des mouvements de convection - c'est aussi une possibilité. Quoi qu'il en soit, il y a du pain sur la planche pour les scientifiques !