Ce que les géologues étudient depuis plusieurs décennies se trouve principalement dans une région appelée zone de transition du manteau, située approximativement entre 410 et 660 kilomètres de profondeur. À ces profondeurs, les pressions et les températures sont considérables. Il n’existe évidemment ni grottes gigantesques ni mers dans lesquelles on pourrait théoriquement naviguer.
L’eau y est essentiellement emprisonnée à l’échelle atomique dans la structure de certains minéraux. Et c’est précisément ce phénomène qui rend la découverte extraordinaire.
De l’eau enfermée dans la roche
L’un des principaux acteurs de cette histoire porte un nom peu connu du grand public : la ringwoodite.
Ce minéral est une forme de l’olivine qui apparaît sous les énormes pressions régnant dans le manteau terrestre. Avec la wadsleyite, la ringwoodite possède une propriété remarquable : sa structure cristalline peut incorporer de l’hydrogène sous forme de groupes hydroxyles. Autrement dit, le minéral peut contenir chimiquement les constituants de l’eau sans être lui-même « mouillé ».
Les expériences de laboratoire avaient depuis longtemps montré que ces minéraux pouvaient emmagasiner des quantités importantes d’eau. Mais une découverte spectaculaire est venue apporter une preuve directe provenant de la Terre elle-même.
En 2014, une équipe internationale de chercheurs a étudié un diamant provenant de Juína, au Brésil. À l’intérieur se trouvait une minuscule inclusion de ringwoodite. L’analyse a révélé que cette ringwoodite contenait environ 1 % d’eau en masse. C’était une indication directe que certaines régions de la zone de transition du manteau sont effectivement hydratées. (Nature)
Cette minuscule inclusion, enfermée dans un diamant remonté des profondeurs, constituait en quelque sorte une bouteille à la mer envoyée depuis plusieurs centaines de kilomètres sous nos pieds.
Alors, combien d’eau se trouve réellement là-dessous ?
C’est ici que l’affaire devient vertigineuse.
La zone de transition représente un volume absolument gigantesque. Même si les roches ne contiennent qu’une petite proportion d’eau, lorsqu’on multiplie cette quantité par la masse totale de cette partie du manteau, on arrive à des volumes potentiellement comparables à ceux des océans de surface.
Une étude publiée en 2021 estimait ainsi que l’ensemble de la zone de transition pourrait contenir l’équivalent d’environ un océan terrestre. Les chercheurs évaluaient à environ 0,2 % la concentration moyenne d’eau dans sa partie inférieure, avec d’importantes variations géographiques. (ScienceDirect)
Une autre étude, publiée en 2022 et combinant tomographie sismique et physique des minéraux, aboutissait à une estimation d’environ 0,64 à 1 fois la quantité d’eau présente dans les océans de surface pour l’ensemble de cette zone. Elle concluait également que l’eau n’était pas uniformément répartie : certaines régions, notamment à proximité des zones de subduction, apparaissent beaucoup plus hydratées que d’autres. (Frontiers)
Voilà l’origine des titres spectaculaires annonçant « un océan sous la Terre ».
Ils ne sont donc pas complètement faux, mais ils sont trompeurs lorsqu’ils laissent imaginer une gigantesque masse d’eau liquide.
Non, personne n’a découvert récemment une mer à 700 kilomètres de profondeur
Il faut également corriger une autre idée fréquemment associée à cette histoire : il ne s’agit pas d’une découverte soudaine et récente d’un océan inconnu.
L’hypothèse d’un important réservoir d’eau dans le manteau est étudiée depuis longtemps. Dès 2005, des travaux publiés dans Nature utilisaient notamment la conductivité électrique de la wadsleyite et de la ringwoodite pour estimer la quantité d’eau présente dans la zone de transition. Les chercheurs constataient déjà que celle-ci pouvait varier fortement selon les régions. (Nature)
La découverte de 2014 a renforcé cette hypothèse en fournissant une preuve directe grâce à la ringwoodite trouvée dans un diamant.
Depuis, les scientifiques cherchent surtout à répondre à une question beaucoup plus complexe : combien d’eau le manteau contient-il réellement et comment cette eau circule-t-elle ?
Et sur ce point, les estimations restent discutées.
Pourquoi parle-t-on parfois de 700 kilomètres ?
La valeur de 700 kilomètres est une simplification. La principale zone susceptible d’emmagasiner de grandes quantités d’eau se situe entre environ 410 et 660 kilomètres.
Aux alentours de 660 kilomètres, les minéraux changent de structure sous l’effet de la pression. La ringwoodite se transforme notamment en minéraux capables de retenir beaucoup moins d’eau.
Une partie de l’eau peut alors être libérée.
Des travaux consacrés au transport de l’eau dans le manteau indiquent ainsi qu’autour de 700 à 800 kilomètres de profondeur, certaines phases minérales hydratées peuvent se déstabiliser et relâcher leur eau, ce qui pourrait favoriser localement une fusion partielle des roches. (PubMed Central (PMC))
C’est probablement l’une des raisons pour lesquelles le chiffre rond de « 700 kilomètres » revient si souvent dans les publications destinées au grand public.
Comment peut-on savoir ce qui se passe aussi profondément ?
Aucun forage humain ne s’en approche évidemment.
Le forage le plus profond jamais réalisé par l’homme n’a atteint qu’une douzaine de kilomètres. À l’échelle de la Terre, nous avons à peine égratigné sa surface.
Les géophysiciens disposent cependant d’un outil extraordinaire : les séismes.
Lorsqu’un tremblement de terre se produit, différentes catégories d’ondes traversent l’intérieur de la planète. Leur vitesse et leur trajectoire varient selon la température, la pression et la composition des roches rencontrées.
En analysant des milliers de séismes enregistrés dans le monde entier, les chercheurs peuvent réaliser une sorte de scanner de la planète : la tomographie sismique.
Ils complètent ces observations par des expériences en laboratoire. Des échantillons microscopiques sont soumis à des pressions de plusieurs dizaines de gigapascals et chauffés à des températures de plus de 1 000 °C afin de reproduire les conditions du manteau.
Les propriétés obtenues sont ensuite comparées aux données sismiques.
Mais l’exercice reste délicat. Certaines expériences ont montré que la présence d’eau dans la ringwoodite pouvait être difficile à identifier uniquement grâce à la vitesse des ondes sismiques. Il existe donc encore des incertitudes considérables sur la quantité exacte d’eau présente à l’échelle mondiale. (ScienceDirect)
Une gigantesque éponge minérale
Pour comprendre ce « monde aquatique » souterrain, l’image la plus juste n’est finalement pas celle d’un océan.
Il faudrait plutôt imaginer une gigantesque éponge minérale occupant une partie du manteau terrestre.
La comparaison reste imparfaite puisque l’eau n’occupe pas véritablement des pores comme dans une éponge. Elle est intégrée à la structure cristalline des minéraux.
Mais elle permet de comprendre le phénomène : une quantité infime d’eau dans chaque morceau de roche peut représenter, lorsqu’on considère une couche de plusieurs centaines de kilomètres d’épaisseur entourant toute la planète, une masse absolument colossale.
Le grand cycle de l’eau ne se limite donc pas aux océans
Nous apprenons à l’école que l’eau s’évapore des océans, forme des nuages, retombe sous forme de pluie ou de neige et retourne finalement vers les mers.
Ce n’est qu’une partie de l’histoire.
Il existe également un cycle profond de l’eau, fonctionnant sur des millions d’années.
Lorsque les plaques océaniques plongent dans le manteau au niveau des zones de subduction, elles entraînent avec elles des roches hydratées. Une partie de cette eau est rapidement libérée et contribue au volcanisme. Une autre peut être transportée beaucoup plus profondément.
Des travaux récents continuent d’ailleurs à préciser ce mécanisme : des expériences publiées en 2026 montrent comment l’eau transportée par les plaques plongeantes peut être transférée vers la wadsleyite et la ringwoodite dans la zone de transition avant d’être en partie libérée à plus grande profondeur. (Nature)
La Terre échange donc constamment de l’eau entre sa surface et son intérieur.
Et si cette eau profonde avait participé à la naissance de nos océans ?
Cette découverte modifie également notre manière de raconter l’histoire de l’eau terrestre.
Pendant longtemps, une grande question a dominé : l’eau de nos océans a-t-elle été apportée principalement par des astéroïdes et d’autres corps célestes après la formation de la Terre, ou une partie importante était-elle déjà présente dans les matériaux qui ont constitué notre planète ?
La présence d’immenses réservoirs d’eau dans le manteau montre en tout cas que l’intérieur de la Terre joue un rôle fondamental dans l’histoire de son eau.
Au cours des milliards d’années, le volcanisme a pu faire remonter vers l’atmosphère et la surface une partie de cette eau profonde. À l’inverse, la tectonique des plaques en renvoie continuellement vers l’intérieur.
Nos océans ne sont donc peut-être que la partie visible d’un système beaucoup plus vaste.
Une découverte encore plus extraordinaire que la légende
L’image virale affirmant qu’« un océan a été découvert à 700 kilomètres sous la Terre » force donc considérablement le trait.
Il n’existe aucune preuve d’une immense mer liquide cachée à cette profondeur.
Mais derrière cette exagération se trouve une réalité qui n’a finalement rien à lui envier : entre environ 410 et 660 kilomètres sous nos pieds, des minéraux peuvent emprisonner suffisamment d’eau pour que la quantité totale soit potentiellement comparable à celle contenue dans tous les océans de la surface.
Et cette eau profonde pourrait intervenir dans la tectonique des plaques, le volcanisme, la formation des magmas et l’évolution géologique de notre planète.
Nous vivons donc bien sur un monde beaucoup plus riche en eau que ne le laisse penser sa surface.
Simplement, l’un de ses plus grands réservoirs possibles n’est pas bleu, n’a ni vagues ni poissons et ne ressemble en rien à une mer : il est enfermé, atome après atome, au cœur brûlant des roches terrestres.