Des anomalies isotopiques identifiées dès les années 1970, confirmées par l'étude de l'hydrogène dans la décennie 2010 le suggéraient déjà : il y a de l'eau, quelque part dans les entrailles les plus profondes de la Terre. Il restait à démontrer qu'elle pouvait y rester emprisonnée aux frontières du noyau, dans un milieu hostile à sa présence : une équipe de chercheurs pense y être parvenue.
Alfred Wilson, géoscientifique à l'Université de Leeds, nous rappelle que rien de vivant sur Terre n'existerait sans elle : « L'eau liquide est la composante essentielle de l'habitabilité de la Terre ». C'est d'ailleurs, entre autres, pour cette raison que l'exobiologie en fait le pilier de ses recherches sur la planète Mars. Le cycle de l'eau à la surface de notre planète est suffisamment documenté aujourd'hui pour que l'on ne s'y attarde pas trop, mais celui existant dans ses profondeurs est moins connu du grand public. Pourtant, il contribue également à sa survie en tant que corps géologiquement actif.
C'est l'eau, dissoute à l'état de traces dans les minéraux du manteau, qui permet aux roches de s'assouplir en entretenant la convection mantélique, responsable de la tectonique des plaques. Elle participe également au recyclage des éléments volatils entre l'intérieur de la Terre et son atmosphère et régule l'activité volcanique en facilitant la fonte partielle des roches. Autant de processus qui n'existeraient pas si le manteau terrestre était complètement sec.
Pourtant, les deux minéraux les plus abondants du manteau inférieur, la bridgmanite et la ferropériclase, qui composent l'essentiel de la couche comprise entre 660 et 2 900 kilomètres de profondeur, sont considérés comme quasi anhydres. Alors, dans ce cas, dans quel réservoir du manteau profond est-elle enfermée ? Une question restée sans réponse satisfaisante depuis les premiers travaux sur le sujet il y a 50 ans, mais qui vient peut-être de trouver son explication grâce aux travaux d'une équipe de chercheurs germano-chinoise.
Menés par Hongsheng Yuan du Centre de recherche en sciences et technologies des hautes pressions de Shanghai, Leonid Dubrovinsky de l'Université de Bayreuth, et leurs collaborateurs du Synchrotron européen de Grenoble, ces travaux viennent d'être publiés le 8 septembre 2026 dans la revue Nature Geoscience. Les chercheurs ont identifié deux oxyhydroxydes de fer encore inconnus, formés en laboratoire, assez denses et résistants pour séquestrer de l'eau jusqu'aux abords du noyau terrestre.
Deux phases minérales inconnues identifiées au cœur des roches terrestres
Afin de reproduire les conditions infernales qui règnent à 2 900 kilomètres sous la surface, ils ont utilisé des cellules à enclumes de diamant (voir schéma ci-dessous) chauffées au laser. Des dispositifs expérimentaux dans lesquels ils ont placé un échantillon microscopique d'oxyde de fer, parfois accompagné de bridgmanite enrichie en fer pour mimer la composition du manteau inférieur. Comprimé entre deux pointes de diamant séparées par l'épaisseur d'une feuille de papier, ils l'ont bombardé à l'aide de faisceaux laser, le portant à plusieurs milliers de degrés, pour recréer les pressions et températures du manteau profond.
Grâce à ce protocole, l'équipe a observé la formation de deux composés minéraux inconnus : des oxyhydroxydes de fer de structure hexagonale (désignés sous les noms de Fe₅O₁₂Hₓ et Fe₇O₁₂Hₓ). Constitués de fer, d'oxygène et d'hydrogène, ils peuvent piéger ce dernier dans leur structure cristalline, c'est-à-dire, en dernière analyse, de stocker de l'eau sous une forme solide et compacte au cœur de la roche.
D'un point de vue minéralogique, ils sont uniques, et leurs propriétés n'avaient jamais été retrouvées dans d'autres minéraux. Ils supportent les pressions écrasantes et les températures extrêmes de la base du manteau terrestre sans se décomposer ; un fait déjà rare pour un minéral contenant de l'hydrogène. Leur densité, supérieure à celle de la roche mantélique environnante, leur permet de descendre par gravité plutôt que de remonter, ce qui explique pourquoi ils s'accumuleraient naturellement à la frontière entre le manteau et le noyau au lieu d'être entraînés par les courants du manteau.
La troisième propriété, peut-être la plus surprenante de toutes ; ils peuvent se former à partir de quantités d'eau quasiment inexistantes. Certains échantillons ne contenaient que 0,1 % d'eau, soit des traces infimes d'hydrogène. « Même de très faibles quantités d'hydrogène suffisent à stabiliser ces composés ferriques fortement hydratés », souligne Leonid Dubrovinsky, physicien des minéraux et cristallographe à l'Université de Bayreuth ayant participé à l'étude.
Une propriété capitale, car à 2 900 kilomètres de profondeur, l'eau n'existe sousaucune phase fluide libre : l'hydrogène y est présent sous forme de traces dispersées (des ions hydroxyle OH- intégrés aux défauts du réseau cristallin des roches). En démontrant que ces deux minéraux restent stables et capturent l'hydrogène même à de très faibles concentrations, l'équipe a apporté la preuve qu'un réservoir minéral profond peut se former et persister, même si le manteau terrestre est globalement « sec ».
Le cycle de l'eau : un voyage entre les abysses et l'atmosphère ?
Outre la résolution potentielle de l'énigme du stockage de l'eau, ces minéraux pourraient également expliquer l'existence des «Ultra-Low Velocity Zones », de vastes structures rocheuses découvertes au début des années 1990 au niveau de la frontière entre le noyau externe et le manteau terrestre. Des régions étranges d'un point de vue géologique, car les ondes sismiques qui les traversent ralentissent très fortement, sans raison apparente. Les différentes propriétés de ces oxyhydroxydes de fer en font des candidats idéaux, qui pourraient être à l'origine du phénomène. En effet, une onde sismique se propage rapidement dans un milieu rigide et léger, mais elle freine dès qu'elle se heurte à une matière très dense ou ramollie par la chaleur. En s'accumulant au-dessus du noyau, les minéraux identifiés par l'équipe créeraient, théoriquement, un obstacle si dense qu'il ralentirait les vibrations sans avoir à supposer la présence de magma à cette profondeur.
L'autre hypothèse de l'équipe, c'est qu'ils seraient également en mesure de remonter vers des zones de plus basse pression grâce à la convection mantélique. S'il s'avère que c'est bel et bien le cas, il libéreraient ainsi leur eau, qui rejoindrait la surface par les panaches volcaniques, ce qui signifierait que le cycle hydrologique complet formerait une boucle complète reliant les grandes profondeurs à la surface, puis à l'atmosphère.
Wilson précise néanmoins qu'il s'agit là d'un modèle « incomplet » : les expériences démontrent bien que ces minéraux peuvent exister dans les conditions du manteau profond, mais non qu'ils y sont réellement présents. Si d'autres études (observations sismologiques, analyses géochimiques, modélisations numériques, etc.) viennent un jour compléter ce tableau, elles permettront de vérifier si ces réactions se produisent réellement à grande échelle au niveau de la frontière noyau-manteau et valideront définitivement l'existence de ce gigantesque réservoir d'eau.
