Au début du printemps 1961, un groupe de géologues a commencé à forer un trou dans le plancher océanique au large de la côte pacifique de la Basse-Californie. Cette expédition, la première du genre, était la phase initiale d’un projet visant à percer la croûte terrestre et à atteindre le manteau sous-jacent. Ils étaient loin de se douter que leurs efforts seraient bientôt éclipsés lorsque John F. Kennedy a lancé la course à la lune en mai de la même année.

À la fin de 1972, après avoir dépensé des milliards de dollars et via l’effort collectif de milliers de scientifiques et d’ingénieurs, six missions Apollo se sont posées sur le compagnon orbital de la Terre et ont ramené plus de 841 livres de roches et de sol lunaires.

Pendant ce temps, les géologues terrestres qui rêvaient d’avoir un aperçu du fonctionnement interne de la Terre sont restés les mains vides avec les restes de divers programmes grâce aux coupes budgétaires.

Depuis les années 1960, les chercheurs ont tenté de forer dans le manteau terrestre mais n’ont pas encore rencontré le succès. Certains efforts ont échoué en raison de problèmes techniques ; d’autres ont été la proie de diverses sortes de malchance – y compris, comme on l’a découvert après coup, le choix d’endroits inopportuns pour forer. Néanmoins, ces efforts ont montré que la technologie et l’expertise nécessaires pour forer jusqu’au manteau existent. Et maintenant, la première phase de la plus récente tentative d’atteindre cette partie importante de notre planète est en train de forer 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 chaude en fusion ne remontera pas par le trou et ne se déversera pas sur le plancher océanique dans une éruption volcanique. Bien que les roches du manteau s’écoulent, elles le font à une vitesse comparable au taux de croissance d’un ongle, explique Holly Given, géophysicienne à la Scripps Institution of Oceanography de San Diego.

Le manteau est la plus grande partie de cette planète que nous appelons maison, et pourtant les scientifiques en savent relativement peu sur elle par une analyse directe. Le mince placage de croûte sur lequel nous vivons représente environ un pour cent du volume de la Terre. Le noyau interne et externe – des masses solides et liquides composées en grande partie de fer, de nickel et d’autres éléments denses – n’occupe que 15 % du volume de la planète. Le manteau, qui se trouve entre le noyau externe et la croûte, représente environ 68 % de la masse de la planète et 85 % de son volume.

Pensez au manteau comme à une lampe à lave de la taille d’une planète où la matière capte la chaleur à la limite noyau-manteau, devient moins dense et s’élève en panaches flottants jusqu’au bord inférieur de la croûte terrestre, puis s’écoule le long de ce plafond jusqu’à ce qu’elle se refroidisse et redescende vers le noyau. La circulation dans le manteau est exceptionnellement languissante : Selon une estimation, un aller-retour entre la croûte et le noyau pourrait prendre jusqu’à 2 milliards d’années.

L’obtention d’un morceau vierge du manteau est importante car elle aiderait les planétologues à mieux déterminer les matières premières à partir desquelles la Terre s’est accrétée lorsque notre système solaire était jeune. “Il s’agirait d’une vérité de terrain sur ce dont le monde est fait”, déclare Given. Sa composition fournirait également des indices sur la façon dont la Terre s’est formée initialement et comment elle a évolué vers l’orbe multicouche que nous habitons aujourd’hui, dit-elle.

Les scientifiques peuvent déduire beaucoup de choses sur le manteau, même sans échantillon. Les vitesses et les trajectoires des ondes sismiques générées par les tremblements de terre qui traversent la planète donnent un aperçu de la densité, de la viscosité et des caractéristiques générales du manteau, ainsi que de la façon dont ces propriétés varient d’un endroit à l’autre. Il en va de même pour la vitesse à laquelle la croûte terrestre remonte vers le haut après avoir été alourdie par d’énormes couches de glace qui ont récemment (en termes géologiques) fondu.

Les mesures des champs magnétiques et gravitationnels de notre planète apportent encore plus d’informations, réduisant les types de minéraux qui peuvent être trouvés dans les profondeurs, dit Walter Munk, un océanographe physique à Scripps. Ce scientifique, aujourd’hui âgé de 98 ans, faisait partie d’un petit groupe de chercheurs qui ont eu l’idée de forer dans le manteau en 1957. Mais ces méthodes indirectes ne peuvent pas tout dire, note-t-il. “Rien ne remplace le fait d’avoir entre les mains un morceau de ce que l’on veut analyser”.

Les chercheurs ont bien des échantillons du manteau en main, mais ils ne sont pas immaculés. Certains d’entre eux sont des morceaux de roches transportés à la surface de la Terre par des volcans en éruption. D’autres ont été soulevés par les collisions entre plaques tectoniques. Selon les géologues Henry Dick et Chris MacLeod, d’autres encore ont atteint le plancher océanique le long des dorsales médio-océaniques qui s’étendent lentement. Dick, de la Woods Hole Oceanographic Institution dans le Massachusetts, et MacLeod, de l’Université de Cardiff au Pays de Galles, sont les codirecteurs de l’expédition de forage profond qui vient de se terminer dans le sud-ouest de l’océan Indien.

Tous les échantillons actuels de manteau 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 – peut-être tout cela à la fois. Ces 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 disponible, les scientifiques pourraient analyser la composition chimique globale d’un échantillon ainsi que sa minéralogie, évaluer la densité de la roche et déterminer avec quelle facilité elle conduit la chaleur et les ondes sismiques. Les résultats pourraient être comparés aux valeurs déduites des mesures indirectes, validant ou contestant ces techniques.

Faire un forage jusqu’au manteau permettrait également aux géologues d’observer ce qu’ils appellent la discontinuité de Mohorovičić, ou Moho, en abrégé. Au-dessus de cette zone mystérieuse, qui doit son nom au sismologue croate qui l’a découverte en 1909, les ondes sismiques se déplacent à une vitesse d’environ 6,5 km par seconde, ce qui correspond à la vitesse à laquelle ces ondes traversent le basalte, ou la lave refroidie. Sous le Moho, les ondes se déplacent à environ 8 km par seconde, ce qui correspond à la vitesse à laquelle elles traversent une roche ignée pauvre en silice appelée péridotite. Le Moho se situe généralement entre 3 et 6 miles sous le plancher océanique et n’importe où entre 12 et 56 miles sous les continents.

Cette zone a longtemps été considérée comme la limite croûte-manteau, où le matériau se refroidit progressivement et se colle à la croûte sus-jacente. Mais certaines études en laboratoire suggèrent qu’il est possible que le Moho représente la zone où l’eau s’infiltrant de la croûte sus-jacente réagit avec les péridotites du manteau pour créer un type de minéral appelé serpentine. Cette possibilité est passionnante, suggèrent Dick et MacLeod. Les réactions géochimiques qui génèrent la serpentine produisent également de l’hydrogène, qui peut ensuite réagir avec l’eau de mer pour produire du méthane, une source d’énergie pour certains types de bactéries. Ou, notent les chercheurs, le Moho pourrait être quelque chose d’entièrement inconnu de la science.

La clé pour percer les secrets du manteau est de trouver le bon endroit où forer. Les matériaux du manteau remontent au fond de l’océan au niveau des dorsales médio-océaniques, là où les plaques tectoniques s’écartent lentement. Mais ces échantillons ne suffisent pas. Le fait de traverser quelques kilomètres de croûte sous le plancher océanique modifie considérablement le matériau, rendant l’échantillon de manteau non représentatif de ce qui se trouve dans les profondeurs de la Terre. Et le fait de forer plus profondément sur l’une de ces dorsales pose également problème, explique Dick. “Au niveau d’une dorsale océanique ou de ses flancs immédiats, la croûte est trop chaude pour forer à plus d’un ou deux kilomètres”.

C’est pourquoi lui et ses collègues forent à un endroit du sud-ouest de l’océan Indien appelé Atlantis Bank, qui se trouve à environ 808 miles au sud-est de Madagascar. De nombreux facteurs font de cet endroit un excellent lieu de forage pour l’expédition, explique Dick.

Pour une part, cette parcelle de plancher océanique de la taille de Denver repose sur une croûte océanique vieille d’environ 11 millions d’années, ce qui la rend suffisamment froide pour y forer. D’autre part, le sommet du banc est un plateau de 9,7 miles carrés qui se trouve à moins de 2 300 pieds de la surface de l’océan. L’exploitation du fond de l’océan à cet endroit, par opposition aux 3,7 miles de profondeur des fonds marins voisins, est donc une évidence. Les forts courants océaniques de la région ont empêché les sédiments de s’accumuler sur le plancher océanique, ce qui a permis à la croûte de rester largement exposée. Elle est également relativement mince – une précédente étude sismique de la zone a révélé que la croûte n’avait que 1,6 miles d’épaisseur.

De plus, la croûte océanique sous le banc Atlantis s’est formée sur une section de la dorsale médio-océanique où les couches supérieures de la croûte naissante se sont étalées dans une direction à partir du rift, tandis que les couches inférieures se sont déplacées dans l’autre. Les scientifiques ne savent pas encore exactement comment ni pourquoi cela s’est produit. Mais, en raison de cet étalement asymétrique, qui se produit probablement sur une grande partie des dorsales médio-océaniques du monde, le banc Atlantis n’est pas recouvert de couches fragiles de croûte supérieure qui peuvent se briser et tomber dans un trou lors du forage, explique Dick. Ces débris peuvent endommager le trépan ou le gripper, et rendre difficile l’évacuation des petits morceaux de roche et de boue du trou.

Malgré les avantages du forage du banc Atlantis, l’expédition a subi des revers communs à de nombreux projets de forage océanique. Des problèmes de chargement du navire ont retardé d’un jour le départ de l’équipe de Colombo, au Sri Lanka. Une fois sur place, l’équipe a cassé un trépan, mais avant de pouvoir repêcher les morceaux dans le trou, elle a dû plier bagage et emmener un membre d’équipage malade au nord, vers l’île Maurice, pour qu’il rencontre un hélicoptère basé à terre pour une évacuation médicale. Le navire, nommé le JOIDES Resolution, est revenu après près d’une semaine d’absence et a ensuite dû passer quelques jours à utiliser un aimant puissant pour tenter de récupérer les morceaux de leur trépan cassé.

Ils n’ont jamais trouvé ces pièces manquantes. Mais au cours d’un ultime effort utilisant un puissant aspirateur pour essayer de les aspirer, l’expédition a ramené ce qui pourrait être le morceau de croûte océanique de plus grand diamètre jamais récupéré. Le cylindre de roche sombre à gros grains, 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, le forage n’avait atteint qu’une profondeur de 2 330 pieds sous le plancher océanique.

Au moment où cet article sera publié, les opérations de forage seront terminées sur le banc Atlantis – pour cette étape du projet. Une deuxième étape de la mission, déjà approuvée, permettrait, si tout va bien, de terminer la tâche et de puiser dans le manteau. Mais cela pourrait prendre entre deux et cinq ans. La concurrence pour le temps du navire de la part d’autres équipes qui souhaitent forer ailleurs dans le monde est féroce, dit Dick.

L’équipe scientifique ne reviendra pas de la première phase de ce projet les mains vides cependant, dit MacLeod. La récupération d’échantillons dans toute la croûte terrestre est également importante. “Nous n’avons aucune idée de la composition globale de la croûte océanique à n’importe quel endroit du globe”, déclare Dick. Les roches de la croûte inférieure précédemment récupérées sur d’autres sites de forage profond ne ressemblaient en rien à ce que les chercheurs attendaient, dit-il.

Le projet du banc Atlantis permettrait de jeter un coup d’œil sur 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 chimiquement et physiquement transformés – y compris comment les roches du manteau se cristallisent et se fixent à la surface inférieure de la croûte.

Lorsque les chercheurs obtiendront finalement leur échantillon de manteau, d’autres équipes pourront se greffer sur le projet avec leurs propres expériences, dit MacLeod. “Les futures expéditions pourraient larguer des instruments dans le trou pour les années à venir”. Par exemple, les sismologues peuvent envoyer des capteurs dans le trou profond de plusieurs kilomètres et mesurer directement la vitesse des ondes sismiques qui traversent la croûte terrestre, plutôt que de la déduire par des tests en laboratoire sur de petits échantillons de roche. Les chercheurs peuvent également descendre une série de capteurs de température dans le trou pour mesurer le flux de chaleur provenant de l’intérieur de notre planète.

Il ne fait aucun doute que les échantillons de croûte océanique et de manteau finalement récupérés dans le banc Atlantis – ainsi que les données recueillies dans le trou laissé derrière – vont occuper les géologues et les géophysiciens pendant des décennies. Mais la patience est une vertu, et attendre son heure est ce que Dick, MacLeod et leurs confrères géophysiciens font depuis des décennies.

Note de la rédaction : Cet article a été mis à jour pour corriger l’attribution d’une étude sismique du banc Atlantis.