Un thermostat à 2000 kilomètres de profondeur ✎

Original: "The tetragonal-cubic transition of davemaoite: Implications for lower mantle seismic anomalies"
arXiv:2609.05673v1 · 2026-09-04 · CC BY-NC-ND 4.0 · analyse indépendante · 2 min
Le minéral davemaoïte change la forme de son réseau cristallin à des températures bien plus élevées qu'on ne le pensait, et le titane l'aide à conserver sa forme encore plus longtemps.

À l'intérieur de la Terre, entre 660 et 2900 kilomètres de profondeur, se trouve une couche appelée manteau inférieur. La pression y atteint 1,3 million d'atmosphères et la température est comparable à celle de la surface du Soleil. Dans ces conditions, un minéral existe : la davemaoïte, troisième minéral le plus abondant du manteau inférieur. Elle constitue environ un quart du volume de la croûte océanique qui s'enfonce lentement dans les profondeurs de la planète.

Le réseau cristallin de la davemaoïte ressemble à un minuscule aiguillage ferroviaire. À basse température, il est déformé : un axe est plus long que les autres, comme si l'aiguillage était tordu. Sous l'effet de la chaleur, le réseau se redresse et devient cubique, symétrique. Ce n'est pas qu'une question de géométrie. Lorsque l'aiguillage bascule, les ondes sismiques qui traversent le minéral changent de trajectoire et de vitesse.

On pensait auparavant que ce basculement se produisait à environ 600 kelvins. Mais de nouvelles expériences ont montré que, pour une davemaoïte pure, la transition n'intervient qu'entre 1470 et 1990 kelvins, selon la pression. C'est 500 à 1000 degrés de plus que les estimations précédentes. Et si le minéral contient du titane, l'aiguillage tient encore mieux : la température de transition augmente de 600 à 700 degrés. Dans une plaque océanique froide, la davemaoïte peut rester déformée jusqu'à plus de 2000 kilomètres de profondeur.

En langage géophysique, cela signifie que, dans les plaques froides qui s'enfoncent, la davemaoïte conserve sa forme tétragonale et disperse les ondes sismiques, créant des anomalies. Dans les zones chaudes près de la limite noyau-manteau, elle passe en phase cubique et contribue aux grandes zones à vitesse réduite des ondes de cisaillement.

L'expérience a été menée dans une cellule à enclumes de diamant : l'échantillon était comprimé entre deux diamants et chauffé par laser des deux côtés. La température était mesurée par rayonnement, la pression par la compression d'une feuille d'or. La diffraction des rayons X sur synchrotron permettait d'observer la variation des distances entre les atomes. La transition était détectée par un changement brusque de la largeur du pic de diffraction.

Ainsi, le thermostat situé à 2000 kilomètres de profondeur bascule l'aiguillage du réseau cristallin de la davemaoïte. Désormais, les géophysiciens savent à quelle température cela se produit et peuvent lire plus précisément les cartes sismiques du manteau. L'énigme qui, pendant des décennies, a alimenté les débats entre expérimentateurs et théoriciens est enfin résolue.

La davemaoïte n'a été officiellement reconnue comme minéral qu'en 2021, bien que son existence dans le manteau inférieur ait été supposée pendant des décennies. Son nom rend hommage au géophysicien Ho-Kwang (David) Mao, qui a énormément contribué à l'étude des minéraux à hautes pressions.