Le Le manteau terrestre Elle représente plus de 80 % du volume de notre planète, mais ses régions les plus profondes restent totalement inaccessibles à la technologie humaine. Le manteau inférieurqui s’étend d’environ 660 à 2 900 kilomètres de profondeur, n’est pas accessible directement : notre connaissance de sa composition dérive donc avant tout de modèles théoriquesexpériences à haute pression, simulations et observations géophysiques indirectes. Ouvrir une fenêtre sur cette partie de la Terre autrement inaccessible est ce qu’on appelle diamants super profondsou sous-lithosphérique.
Contrairement à la plupart des diamants, qui se forment lithosphère à environ 150-200 kilomètres de profondeur, ces pierres précieuses très rares proviennent du zone de transitionentre 410 et 660 kilomètres environ, et en manteau inférieur. Lors de la cristallisation, soumis à pressions et températures extrêmesles diamants très profonds peuvent incorporer des portions microscopiques des minéraux présents dans l’environnement dans leur réseau de carbone.
Leur structure les protège des transformations qu’ils subiraient normalement lors de l’ascension, préservant même dans certains cas leur structure cristalline. Transporté à la surface par éruptions volcaniques alimenté par magmas kimberlitiques – celles qui donnent naissance aux gisements de diamants – se révèlent ainsi être de véritables capsules temporelles géologiques. Un exemple en est la davemaoite, identifiée en 2021 à l’intérieur d’un diamant : un minéral du manteau inférieur qui jusqu’alors n’avait été observé qu’en laboratoire.
Des diamants très profonds font remonter à la surface des minéraux inédits à l’état naturel
La technologie actuelle ne permettant pas de creuser au-delà de quelques dizaines de kilomètres (le fameux puits de Kola en Russie n’atteignait que 12 km), l’intérieur de la Terre a longtemps été étudié presque exclusivement à travers la propagation de ondes sismiques. Les diamants très profonds ouvrent de nouvelles possibilités d’investigation. Se formant à des pressions et des températures effrayantes, ils absorbent d’infimes portions de l’environnement chimique environnant. Lors de la remontée ultérieure vers la surface, la structure extrêmement résistante du diamant les protège, empêchant les minéraux piégés à l’intérieur de se décomposer ou de changer de phase et leur permettant d’atteindre nos laboratoires intacts. C’est précisément en analysant ces échantillons extraordinaires que la science a pu observer pour la première fois minéraux jamais trouvés premier dans la nature.
Parmi les découvertes les plus pertinentes figure la davemaoïteune forme à haute pression de silicate de calcium (CaSiO₃) identifié en 2021 par l’équipe minéralogiste Olivier Tschauner de l’Université du Nevada à Las Vegas. Le minéral, nommé en l’honneur du géophysicien Ho-kwang « Dave » Mao, n’avait jusqu’alors été théorisé et synthétisé qu’en laboratoire, car sa structure atomique devient instable à la pression atmosphérique.
Comme Tschauner lui-même l’a souligné dans l’étude publiée le Science:
L’échantillon de davemaoite à l’état naturel démontre l’existence d’une hétérogénéité de composition au sein du manteau inférieur. Nos observations indiquent également que la davemaoite incorpore également du potassium dans sa structure, en plus de l’uranium et du thorium. Par conséquent, son abondance à l’échelle régionale et mondiale affecte le bilan thermique du manteau profond, où le minéral est thermodynamiquement stable.
De nouveaux indices sur la composition du manteau
L’étude des inclusions contenues dans les diamants très profonds a permis d’en identifier d’autres Phases minérales stables à haute pressiony compris la bridgmanite, et même de minuscules inclusions d’eau sous forme de glace VIIune structure cristalline particulière qui se forme uniquement à haute pression. Cette preuve indique que l’eau présente à la surface peut être entraînée en profondeur par le subduction des plaques océaniques et atteindre au moins la zone de transition, peut-être même plus bas. Il s’agit d’un indice important du continuum échange de matière entre la surface de la Terre et les régions profondes de la planète.
Comme le résume le géologue Evan Smith de Institut de gemmologie d’Amérique (GIA):
Les diamants sont littéralement des vaisseaux spatiaux à l’envers : au lieu de nous apporter des échantillons d’autres planètes, ils nous apportent des échantillons de mondes inaccessibles situés juste sous nos pieds.
Ces minuscules échantillons permettent ensuite d’affiner le modèles chimiques et thermiques du manteau et de mieux comprendre comment les matériaux et éléments sont redistribués dans les profondeurs de la Terre. Les dernières techniques basées sur les lasers et les rayons X permettent également d’analyser des inclusions de plus en plus petites, révélant un diversité minéralogique du manteau plus large qu’il n’était possible de reconstruire à l’aide de seuls modèles théoriques et d’expériences en laboratoire.