Cône terminal du volcan Colima, un des nombreux volcans mexicains encore en activité. Les fumées blanches expulsées du volcan contiennent de la vapeur d’eau en provenance du manteau terrestre.
© CNRS/J.L. Cheminée

Fumeurs noirs, sorte de geysers sous-marins localisés sur les dorsales océaniques, par lesquels l’eau du manteau terrestre est transférée aux eaux océaniques. L’aspect noir de ces eaux provient de la couleur noire des sels de fer et de manganèse qu’elles contiennent.
© CNRS/J.L. Cheminée

Le manteau terrestre est situé sous la croûte terrestre, à une profondeur comprise entre 10 et 2 900 kilomètres environ. Il enveloppe le noyau central de la planète fait de métal en fusion. Constitué d’environ les deux tiers de toute la masse du globe, il est formé de roches chaudes et pâteuses.

Ayant observé les nuages de fumées blanches qui s’échappent d’un volcan en activité, les scientifiques s’interrogent depuis longtemps au sujet de ce manteau : est-il possible qu’il y ait de l’eau à de telles profondeurs, où température et pression sont très élevées ? Et s’il y en a, où est-elle, comment se présente-t-elle et en quelles quantités ? Les difficultés d’accès au manteau terrestre, l’impossibilité d’y prélever directement des fragments de roches, ont rendu et continue à rendre très difficile l’analyse de ces questions. Il n’empêche, elles commencent à s’éclaircir.

Suite à l’analyse précise d’échantillons naturels en provenance du manteau, magmas et laves rejetés lors de certaines irruptions volcaniques, les scientifiques sont en effet aujourd’hui certains qu’il y a de l’eau dans la partie supérieure du manteau, et ce jusqu’à au moins 300 kilomètres de profondeur : point de nappes d’eau mais tout au plus des gouttes prisonnières des roches, ou des molécules incluses dans certains minéraux. Mais ils ne savent pas encore si cette eau est répartie de manière homogène ou non dans cette portion du manteau.
Pour les plus grandes profondeurs, aucune preuve directe n’est disponible. Mais des études visant à reproduire, en laboratoire, les conditions de température et de pression qui y règnent, ont montré que des quantités non négligeables d’eau pouvaient être hébergées dans les roches à ces profondeurs. Entre 400 et 520 kilomètres de profondeur, certaines roches pourraient même se comporter comme de véritables éponges. Et le manteau serait donc susceptible d’être un important réservoir d’eau ! De là à l’affirmer, il n’y a qu’un pas que les chercheurs ne franchissent pas. Néanmoins, au regard de l’ensemble de ce qu’ils savent aujourd’hui, il semblerait que le manteau terrestre renferme globalement une quantité d’eau au moins équivalente à celle de tous les océans de la planète. Mais toute cette eau liée aux minéraux est extrêmement dispersée dans le manteau.

Les scientifiques sont également capables aujourd’hui d’expliciter comment se produisent les échanges d’eau entre l’hydrosphère et le manteau. L’eau est en effet chassée du manteau lors de certains phénomènes volcaniques, principalement ceux qui se produisent au niveau des dorsales océaniques, ces chaînes de montagne qui s’allongent au fond des océans. L’eau est alors transférée du manteau à la croûte océanique. De l’eau issue du manteau peut aussi être projetée directement dans l’atmosphère lors de l’irruption de volcans situés sur des terres émergées. En retour, l’eau de mer infiltrée dans la croûte océanique s’insinue dans le manteau au niveau des zones dites de subduction où la croûte océanique s’enfonce et disparaît sous une plaque continentale. Au cours de la formation de notre planète, ces processus volcaniques et tectoniques ont été très violents : ils pourraient être à l’origine de l’accumulation de l’eau à la surface de la Terre (voir le chapitre Dans l’Univers).