Voici comment l’olivine peut déclencher des tremblements de terre profonds

Coconné dans les entrailles de la Terre, la métamorphose d’un minéral en un autre peut déclencher certains des tremblements de terre les plus profonds jamais détectés.

Ces tremblements cryptiques – connus sous le nom de tremblements de terre à foyer profond – sont une énigme sismique. Ils se rompent violemment à des profondeurs supérieures à 300 kilomètres, où l’on pense que des températures et des pressions intenses forcent les roches à s’écouler en douceur. Maintenant, des expériences suggèrent que ces mêmes conditions infernales pourraient aussi parfois transformer l’olivine – le minéral principal du manteau terrestre – en wadsleyite minérale. Ce changement de minéral peut déstabiliser la roche environnante, permettant des tremblements de terre à des profondeurs autrement impossibles, rapportent le physicien des minéraux Tomohiro Ohuchi et ses collègues le 15 septembre dans Nature Communications.

« Cela a été un véritable casse-tête pour de nombreux scientifiques, car les tremblements de terre ne devraient pas se produire à plus de 300 kilomètres », explique Ohuchi, de l’Université d’Ehime à Matsuyama, au Japon.

Les tremblements de terre profonds se produisent généralement dans les zones de subduction où les plaques tectoniques constituées de croûte océanique – riche en olivine – plongent vers le manteau (SN : 1/13/21). Étant donné que les ondes sismiques des tremblements de terre perdent de leur force au cours de leur longue ascension vers la surface, elles ne sont généralement pas dangereuses. Mais cela ne signifie pas que les tremblements de terre ne sont pas parfois puissants. En 2013, un séisme profond de magnitude 8,3 a frappé environ 609 kilomètres sous la mer d’Okhotsk, juste au large de la côte est de la Russie.

Des études antérieures ont laissé entendre que des cristaux d’olivine instables pourraient engendrer de profonds tremblements de terre. Mais ces études ont testé d’autres minéraux dont la composition était similaire à celle de l’olivine mais qui se déforment à des pressions plus basses, dit Ohuchi, ou les expériences n’ont pas suffisamment sollicité les échantillons pour former des défauts.

Lui et son équipe ont décidé de mettre l’olivine elle-même à l’épreuve. Pour reproduire les conditions en profondeur, les chercheurs ont chauffé et pressé des cristaux d’olivine jusqu’à près de 1100° Celsius et 17 gigapascals. Ensuite, l’équipe a utilisé une presse mécanique pour compresser davantage l’olivine lentement et a surveillé la déformation.

De 11 à 17 gigapascals et d’environ 800 à 900° C, l’olivine recristallise en couches minces contenant de la nouvelle wadsleyite et des grains d’olivine plus petits. Les chercheurs ont également trouvé de minuscules failles et enregistré des rafales d’ondes sonores, révélatrices de tremblements de terre miniatures. Le long des plaques tectoniques en subduction, bon nombre de ces couches minces se développent et se lient pour former des régions faibles dans la roche, sur lesquelles des failles et des tremblements de terre peuvent se déclencher, suggèrent les chercheurs.

« La transformation fait vraiment des ravages avec la stabilité mécanique [de la roche] », explique la géophysicienne Pamela Burnley de l’Université du Nevada à Las Vegas, qui n’a pas participé à la recherche. Les résultats aident à confirmer que les transformations de l’olivine permettent des tremblements de terre profonds, dit-elle.

Ensuite, l’équipe d’Ohuchi prévoit d’expérimenter sur l’olivine à des pressions encore plus élevées pour mieux comprendre la déformation du minéral à de plus grandes profondeurs.