Un volcan sous-marin de l’océan Indien ramène à la surface un matériau issu de l’océan magmatique primordial de la Terre, une roche en fusion qui a cristallisé il y a plus de 4,46 milliards d’années, soit dans les 100 premiers millions d’années de l’histoire de la planète. Cette découverte, publiée le 1er juillet dans Nature, constitue la première preuve directe que des vestiges de l’océan magmatique ont survécu dans le manteau, épargnés par plus de quatre milliards d’années de convection.
Ce volcan est le Fani Maoré, situé à environ 50 kilomètres à l’est de Mayotte, dans l’archipel des Comores. Il est entré en éruption en mai 2018 et a poursuivi son activité pendant environ trois ans, produisant un volume de lave si important que l’île de Mayotte s’est affaissée d’environ 20 centimètres.
La clé de la découverte réside dans les isotopes du néodyme. Une équipe dirigée par Claudine Israel de l’Université de Cambridge et de l’Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) et Catherine Chauvel du CNRS et de l’IPGP a mesuré le rapport néodyme-142 sur néodyme-144 dans 13 échantillons de lave du Fani Maoré avec une précision inédite, atteignant une reproductibilité de 3,1 parties par million sur deux ans.
Le néodyme-142 est produit par la désintégration du samarium-146, dont la demi-vie n’est que de 103 millions d’années. Cela signifie que le système isotopique a cessé de générer du nouveau néodyme-142 environ 500 millions d’années après la formation du système solaire. Toute anomalie positive du néodyme-142 aujourd’hui doit donc avoir été verrouillée dans un réservoir au cours des 100 premiers millions d’années de l’histoire de la Terre et préservée depuis.
Les laves du Fani Maoré présentent un excès moyen de néodyme-142 de +3,2 parties par million, avec une significativité statistique de P = 9 x 10^{-6}. « Cela va changer beaucoup de choses en sciences de la Terre, car nous avons désormais la preuve que des matériaux datant de 4,5 milliards d’années, depuis le tout début de l’histoire de la Terre, existent encore en quantités suffisantes pour être échantillonnés dans un volcan », déclare Chauvel.
Deux modèles, un vainqueur
L’équipe a testé deux explications pour cette anomalie. La première, selon laquelle le signal proviendrait d’une croûte ancienne extraite dans le manteau superficiel, nécessiterait que 28 à 90 % de la source du panache soit constituée de matériau hadéen, un volume invraisemblablement grand qui n’aurait pas pu survivre au mélange mantellique pendant 4,5 milliards d’années.
Le second modèle, désormais privilégié, attribue l’anomalie à la cristallisation de l’océan magmatique lui-même. Lorsque la jeune Terre a été frappée par un objet de la taille de Mars (l’impact qui a formé la Lune), la planète entière a fondu en un océan global de magma s’étendant jusqu’à la limite noyau-manteau. En refroidissant, un minéral appelé bridgmanite (MgSiO3 dans sa structure pérovskite) a cristallisé en premier, coulant dans le manteau profond et emportant avec lui une signature chimique distinctive.
De nouvelles expériences en haute pression menées dans des cellules à enclumes de diamant chauffées au laser à 53 à 97 gigapascals et 3 200 à 3 700 Kelvin, des conditions correspondant à l’océan magmatique profond, montrent que la bridgmanite favorise fortement le samarium par rapport au néodyme. Résultat : les premiers cristaux de bridgmanite présentaient des ratios samarium sur néodyme allant jusqu’à 0,38, soit près du double de celui de la Terre silicatée globale. Avec le temps, cet excès de samarium s’est désintégré en néodyme-142, produisant l’anomalie observée aujourd’hui.
Le modèle de mélange qui correspond le mieux aux données ne nécessite que 9 à 11 % de bridgmanite hadéenne dans la source mantellique du Fani Maoré, ainsi qu’environ 0,4 % de matériau sédimentaire recyclé. Cette proportion faible mais détectable est cohérente avec les modèles géodynamiques montrant que les solides formés précocement peuvent survivre à des milliards d’années de convection mantellique.
« C’est un peu comme découvrir un échantillon du noyau terrestre qui serait parvenu jusqu’à la surface », déclare Bernard Bourdon du CNRS, qui n’a pas participé à l’étude.
Richard Carlson de la Carnegie Institution for Science qualifie les mesures isotopiques de « réussite majeure ».
Ce que cela signifie
La découverte valide une prédiction théorique de longue date : les produits de cristallisation de l’océan magmatique ne se sont pas entièrement mélangés au manteau, mais ont été préservés sous forme de domaines chimiques isolés. Elle démontre également que le manteau inférieur de la Terre, la plus grande couche de la planète, contient encore des reliques de son histoire la plus ancienne, accessibles en surface via le bon système volcanique.
L’impact qui a formé la Lune et créé l’océan magmatique s’est produit il y a environ 4,5 milliards d’années, soit 50 à 70 millions d’années après l’accrétion initiale de la Terre. L’éon Hadéen, nommé d’après les conditions infernales qui ont suivi, a duré jusqu’à la formation des plus anciennes roches intactes connues, il y a environ 4,03 milliards d’années. Les roches du Fani Maoré sont plus anciennes que les zircons antiques découverts à Jack Hills, en Australie.
« Il y a un travail énorme pour faire fonctionner la technique », déclare Bourdon à propos de la performance analytique de l’équipe.
Pour les géochimistes, le résultat ouvre une nouvelle fenêtre sur le tout premier chapitre de l’histoire de la Terre, un chapitre écrit dans le magma et préservé pendant des milliards d’années, attendant le bon volcan pour le ramener à la surface.
Sources
- Israel C, Chauvel C, Inglis E, et al. « Hadean bridgmanite in the source of a present-day ocean island. » Nature (2026). DOI : 10.1038/s41586-026-10719-w
- « A volcano has erupted remnants of Earth’s primordial magma ocean. » New Scientist, 3 juillet 2026. https://www.newscientist.com/article/2532929-a-volcano-has-erupted-remnants-of-earths-primordial-magma-ocean/
Traduit par Lydie