Au début du printemps 1961, un groupe de géologues a commencé à forer un trou dans le fond marin au large de la côte pacifique de la Basse-Californie, en Californie. L'expédition, la première en son genre, était la phase initiale d'un projet visant à percer la croûte terrestre et à atteindre le manteau sous-jacent. Ils ne savaient pas que leurs efforts seraient bientôt éclipsés lorsque John F. Kennedy lancera la course à la lune en mai de la même année.
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À la fin de 1972, après avoir dépensé des milliards de dollars et grâce aux efforts collectifs de milliers de scientifiques et d'ingénieurs, six missions Apollo ont atterri sur le compagnon orbital de la Terre et ont rapporté à la maison plus de 841 livres de roches et de sol lunaires.
Pendant ce temps, les géologues liés à la terre qui rêvaient d'avoir un aperçu du fonctionnement interne de la Terre ont été laissés les mains vides avec les vestiges de divers programmes grâce aux coupes budgétaires.
Depuis les années 1960, les chercheurs ont tenté de percer le manteau terrestre mais n'ont pas encore rencontré le succès. Certains efforts ont échoué à cause de problèmes techniques. d'autres ont été la proie de toutes sortes de malchances, y compris, comme on l'a découvert après coup, en choisissant des endroits inopportuns pour percer. Néanmoins, ces efforts ont montré que la technologie et l’expertise nécessaires pour percer jusqu’au niveau existent. Et maintenant, la première phase de la plus récente tentative pour atteindre cette partie importante de notre planète est ennuyeuse à travers une mince section de la croûte océanique dans le sud-ouest de l'océan Indien.
Ne vous inquiétez pas: lorsque les foreurs finiront par percer le manteau, la roche en fusion ne montera pas dans le trou et ne débordera sur le fond marin lors d'une éruption volcanique. Selon Holly Given, géophysicien à la Scripps Institution of Oceanography de San Diego, les roches du manteau coulent à une vitesse comparable à celle d’un ongle.
Le manteau est la plus grande partie de cette planète que nous appelons notre pays d'origine, mais les scientifiques en savent relativement peu à ce sujet par le biais d'une analyse directe. Le mince placage de croûte sur lequel nous vivons représente environ 1% du volume de la Terre. Les noyaux interne et externe - des masses solides et liquides constituées en grande partie de fer, de nickel et d'autres éléments denses - n'occupent que 15% du volume de la planète. Le manteau, qui se situe entre le noyau extérieur et la croûte, représente environ 68% de la masse de la planète et 85% de son volume.
Pensez au manteau comme à une lampe de lave de la taille d'une planète. Le matériau capte la chaleur à la limite cœur-manteau, devient moins dense et monte en plumes flottantes jusqu'au bord inférieur de la croûte terrestre, puis coule le long de ce plafond jusqu'à ce qu'il refroidisse et s'affaisse. retour vers le noyau. La circulation dans le manteau est exceptionnellement languissante: selon une estimation, un aller-retour de la croûte au noyau et vice-versa pourrait prendre jusqu'à 2 milliards d'années.
L'obtention d'un morceau vierge du manteau est importante car elle aiderait les scientifiques planétaires à mieux déterminer les matières premières sur lesquelles la Terre s'est accumulée lorsque notre système solaire était jeune. «Ce serait la vérité sur le terrain pour la fabrication du monde», dit Given. Sa composition fournirait également des indices sur la formation initiale de la Terre et sur son évolution vers l'orbe à couches multiples que nous habitons aujourd'hui, dit-elle.
Les scientifiques peuvent en déduire beaucoup sur le manteau, même sans échantillon. Les vitesses et les trajectoires des ondes sismiques générées par les tremblements de terre qui traversent la planète fournissent des informations sur la densité, la viscosité et les caractéristiques générales du manteau, ainsi que sur la manière dont ces propriétés varient d'un endroit à l'autre. Il en va de même pour la vitesse à laquelle la croûte terrestre se soulève après avoir été alourdie par d'immenses couches de glace qui ont récemment fondu (en termes géologiques).
Selon Walter Munk, océanographe physique chez Scripps, les mesures des champs magnétiques et gravitationnels de notre planète fournissent encore plus d'informations et permettent de mieux cibler les types de minéraux que l'on peut trouver dans les profondeurs. Le scientifique, maintenant âgé de 98 ans, faisait partie d'un petit groupe de chercheurs qui avait imaginé l'idée de percer le manteau en 1957. Mais ces méthodes indirectes ne peuvent en dire beaucoup à un scientifique, note-t-il. "Il n'y a pas de substitut pour avoir un morceau de ce que vous voulez analyser entre vos mains."
Les chercheurs ont des échantillons du manteau dans la main, mais ils ne sont pas vierges. Certains d'entre eux sont des morceaux de roche portés à la surface de la Terre par les volcans en éruption. D'autres ont été soulevées par des collisions froissées entre des plaques tectoniques. D'autres encore se sont élevés sur le fond marin le long de crêtes à mi-océan qui s'étendent lentement, déclarent les géologues Henry Dick et Chris MacLeod. Dick, de la Woods Hole Oceanographic Institution, dans le Massachusetts, et MacLeod, de l’Université de Cardiff, au Pays de Galles, sont les coresponsables de l’expédition de forage en profondeur qui vient de se terminer dans le sud-ouest de l’océan Indien.
Tous les échantillons de manteau actuels ont été altérés par les processus qui les ont amenés à la surface de la Terre, exposés à l'atmosphère ou immergés dans l'eau de mer pendant de longues périodes - probablement tout ce qui précède. Les échantillons de manteau exposés à l'air et à l'eau ont probablement perdu certains de leurs éléments chimiques d'origine plus facilement dissous.
D'où le grand désir d'obtenir un morceau de manteau non souillé, dit Dick. Une fois disponibles, les scientifiques pourraient analyser la composition chimique globale d'un échantillon ainsi que sa minéralogie, évaluer la densité de la roche et déterminer la facilité avec laquelle il conduit les ondes thermiques et sismiques. Les résultats pourraient être comparés aux valeurs déduites de mesures indirectes, validant ou contestant ces techniques.
Un forage jusque dans le manteau donnerait également aux géologues un aperçu de ce qu'ils appellent la discontinuité de Mohorovičić, ou Moho. Au-dessus de cette zone mystérieuse, nommée en référence au sismologue croate qui l’a découvert en 1909, les ondes sismiques se déplacent à une vitesse d’environ 3, 2 km / s, une vitesse comparable à celle des ondes qui traversent le basalte ou la lave refroidie. Au-dessous du Moho, les vagues déferlent à environ 5 miles par seconde, un taux similaire à celui qu’elles parcourent dans un type de roche ignée pauvre en silice appelée péridotite. Le Moho est généralement situé entre 3 et 6 milles sous le plancher océanique et entre 12 et 56 milles sous les continents.
Cette zone a longtemps été considérée comme la limite de la croûte et du manteau, où le matériau se refroidit progressivement et adhère à la croûte sus-jacente. Cependant, certaines études de laboratoire suggèrent qu'il est possible que le Moho représente la zone où l'eau qui s'écoule de la croûte sus-jacente réagit avec les péridotites du manteau pour créer un type de minéral appelé serpentine. Cette possibilité est excitante, suggèrent Dick et MacLeod. Les réactions géochimiques génératrices de serpentine produisent également de l'hydrogène, qui peut ensuite réagir avec l'eau de mer pour produire du méthane, source d'énergie pour certains types de bactéries. Les chercheurs notent que le Moho pourrait être autre chose totalement inconnu de la science.
La clé pour percer les secrets du manteau est de trouver le bon endroit pour percer. Les matériaux du manteau montent jusqu'au fond de l'océan au niveau des dorsales médio-océaniques, où les plaques tectoniques s'écartent lentement. Mais ces échantillons ne feront tout simplement pas l'affaire. Travailler sur quelques kilomètres de croûte sous le plancher océanique modifie considérablement le matériau, rendant l'échantillon de manteau non représentatif de ce qui est profond dans la Terre. Et creuser plus profondément à l’une de ces crêtes est également problématique, dit Dick. «Sur une crête d’océan ou sur ses flancs immédiats, la croûte est trop chaude pour forer plus d’un ou deux kilomètres.»
Donc, lui et ses collègues effectuent des forages dans un endroit du sud-ouest de l'océan Indien appelé Atlantis Bank, situé à environ 300 km au sud-est de Madagascar. De nombreux facteurs font de ce lieu un excellent lieu de forage pour l'expédition, déclare Dick.
La géologue en structure Carlotta Ferrando examine certaines carottes pour détecter des fractures et des veines qui peuvent lui indiquer si les roches ont été déformées. (Bill Crawford, IODP JRSO) 
Les grains de minerai minuscules et déformés de cet échantillon de la croûte inférieure, coupés en fines tranches et pris en sandwich entre les matériaux de manière à ce qu'il transmette la lumière polarisée, racontent comment la roche partiellement fondue a été comprimée et étirée alors qu'elle s'élevait vers le fond marin à Atlantis Bank. (Bill Crawford, Programme international de découverte des océans) 
Le géologue James Natland (à gauche) et les scientifiques en chef de l'expédition, Henry Dick (au centre) et Chris MacLeod (à droite) examinent ce que l'équipe croit être le noyau le plus large jamais récupéré par le programme de forage océanique. (Benoit Ildefonse, IODP) D'une part, ce morceau de fond marin de la taille de Denver repose sur une croûte océanique vieille d'environ 11 millions d'années, ce qui le rend suffisamment frais pour y pénétrer. D'autre part, le sommet de la rive est un plateau de 9, 7 km2 situé à 2 300 pieds de la surface de l'océan. Il est donc tout à fait évident de toucher le fond de l'océan, contrairement au fond marin situé à proximité, d'une profondeur de 6 km, à proximité. Les forts courants océaniques dans la région ont empêché les sédiments de s'accumuler sur le fond marin, laissant la croûte largement exposée. C'est également relativement mince - une étude sismique précédente de la région a révélé que la croûte n'a qu'une épaisseur de 2, 5 km.
De plus, la croûte océanique située sous le banc Atlantis s'est formée au niveau d'une section de la dorsale océanique où les couches supérieures de la croûte naissante se sont étendues dans une direction à partir de la faille, tandis que les couches inférieures se sont déplacées dans l'autre. Les scientifiques ne savent pas encore comment ni pourquoi cela s'est produit. Mais, en raison de cette soi-disant propagation asymétrique, qui se produit probablement dans une fraction substantielle des dorsales océaniques médianes, Atlantis Bank n'est pas recouverte de couches fragiles de la croûte supérieure qui peuvent se briser et tomber dans un trou pendant le forage. dit Dick. De tels débris peuvent endommager le foret ou provoquer son grippage, ainsi que rendre difficile le rinçage de petits morceaux de roche et de boue du trou.
Malgré les avantages du forage à Atlantis Bank, l’expédition a connu des revers communs à de nombreux projets de forage océanique. Des problèmes liés au chargement du navire ont retardé d'une journée le départ de l'équipe de Colombo, au Sri Lanka. Une fois sur place, l'équipe a cassé un foret, mais avant de pouvoir récupérer les pièces de son trou, elle a dû faire ses bagages et emmener un membre d'équipage malade vers le nord de l'île Maurice afin de rencontrer un hélicoptère basé à terre pour une évacuation médicale. Le navire, baptisé " JOIDES Resolution", est rentré après une semaine d'absence et a dû passer quelques jours à l'aide d'un puissant aimant pour tenter de récupérer les morceaux de leur foret cassé.
Ils n'ont jamais trouvé ces pièces manquantes. Mais au cours d'un effort de dernière minute utilisant un puissant vide pour essayer de les absorber, l'expédition a ramené ce qui pourrait être le morceau de croûte océanique le plus grand diamètre jamais récupéré. Le cylindre de roche sombre à grain grossier, appelé gabbro, mesure 7 pouces de diamètre - trois fois la taille normale - et 20 pouces de long.
La profondeur cible de l'équipe pour cette expédition était de 4 265 pieds dans la croûte, à peine à mi-chemin du manteau. Malheureusement, au 22 janvier, les forages n’avaient atteint que 2 330 pieds de profondeur sous le fond marin.
Au moment de la publication de cet article, les opérations de forage se termineront à Atlantis Bank, pour cette étape du projet. Une deuxième étape de la mission déjà approuvée devrait, nous l'espérons, mener à bien cette tâche et puiser dans le manteau. Mais cela pourrait être de deux à cinq ans à partir de maintenant. La concurrence pour le temps de navigation des autres équipes qui souhaitent percer ailleurs dans le monde est féroce, a déclaré Dick.
L’équipe scientifique ne se retirera pas de la première phase de ce projet les mains vides, dit MacLeod. Récupérer des échantillons de toute la croûte terrestre est également important. «Nous n'avons aucune idée de la composition en vrac de la croûte océanique à un endroit quelconque du globe», déclare Dick. Les roches de la croûte terrestre précédemment récupérées à partir d'autres sites de forage en profondeur n'ont rien à voir avec les attentes des chercheurs, dit-il.
Le projet Atlantis Bank donnerait un aperçu de la composition chimique de la croûte inférieure. Et un profil complet à travers toute la couche aiderait les scientifiques à comprendre comment les magmas y sont transformés physiquement et chimiquement, y compris la façon dont les roches du manteau se cristallisent et se fixent à la surface inférieure de la croûte.
Une fois que les chercheurs ont finalement obtenu leur échantillon de manteau, les autres équipes peuvent s’intégrer dans le projet avec leurs propres expériences, explique MacLeod. "Les futures expéditions pourraient laisser tomber des instruments dans le trou pour les années à venir." Par exemple, les sismologues peuvent envoyer des capteurs dans le trou de plusieurs kilomètres et mesurer ensuite directement la vitesse des ondes sismiques pulsant à travers la croûte terrestre, plutôt que de les déduire via un laboratoire. essais sur de petits échantillons de roche. Les chercheurs peuvent également installer une série de capteurs de température dans le trou pour mesurer le flux de chaleur de l'intérieur de notre planète.
Il ne fait aucun doute que les échantillons de croûte et de manteau océaniques, qui ont finalement été récupérés à Atlantis Bank - ainsi que les données recueillies à partir du trou laissé derrière - vont occuper les géologues et les géophysiciens et ce, pendant des décennies. Mais la patience est une vertu et attendre ce que font Dick, MacLeod et leurs frères géophysiciens depuis des décennies.
Note de l'éditeur: Cet article a été mis à jour pour corriger l'attribution d'une étude sismique d'Atlantis Bank.
