On pensait autrefois que le noyau de la Terre était une véritable prison pour certains éléments comme l'or. Une nouvelle étude suggère désormais le contraire, et pourrait considérer les spécialistes à reconsidérer tout un pan de l'histoire de notre planète.

Intuitivement, on pourrait penser que l'or est un métal incroyablement rare sur Terre. Pourtant, c'est loin d'être le cas. Ce que les spécialistes ignoraient jusqu'à présent, c'est qu'il ne reste pas aussi confiné dans les profondeurs de notre planète qu'on le pensait : de très grandes quantités de ce fameux métal jaune suintent même dans les couches géologiques supérieures. Une découverte fascinante pour les géologues, pour qui elle représente une grande source de richesse... purement scientifique.

De nombreux chercheurs ont déjà tenté d'estimer la quantité d'or présente sur notre planète - et les chiffres donnent le tournis. Une étude de 2006 conduite par le professeur Bernard Wood, qui fait toujours office de référence aujourd'hui, a par exemple conclu que la Terre héberge plus de 1 600 000 000 000 000 tonnes du précieux métal !

Malheureusement pour les exploitants, il est totalement impossible d'extraire la grande majorité de cette ressource. En effet, plus de 99,999 % de cette masse est confinée dans le noyau de la Terre, à environ 3000 kilomètres de profondeur, retenue par plusieurs facteurs physiques et chimiques qui l'empêchent de s'en échapper. Du moins, c'était globalement le consensus jusqu'à la publication d'une nouvelle étude de chercheurs allemands.

Le noyau de la Terre, une véritable prison...

Pour comprendre les tenants et aboutissants de ces travaux, il faut faire un petit détour pour s'intéresser à l'histoire de notre bonne vieille planète bleue. Il y a environ 4,5 milliards d'années, la Terre juvénile, encore largement constituée de matériel fondu à l'époque, a subi ce qu'on appelle une différenciation planétaire. Les différents éléments qui la composent se sont répartis en plusieurs couches : les éléments les plus denses, comme le fer et le nickel, ont migré vers le centre, laissant derrière eux des matériaux silicatés qui constituent aujourd'hui la croûte et le manteau.

Pendant cette grande migration, le fer a entraîné avec lui d'autres éléments comme l'or, dits sidérophiles (“qui aiment le fer” en grec), et donc plus à même de s'associer au fer qu'aux silicates. Depuis la fin de cette grande différenciation, les spécialistes considèrent traditionnellement que tout ce matériel est séquestré par une frontière géologique, la discontinuité de Gutenberg, qui isole physiquement et chimiquement le noyau du manteau. Selon ce modèle traditionnel, l'or et les autres éléments sidérophiles restent majoritairement emprisonnés indéfiniment dans le noyau, à quelques exceptions près. Ces matériaux sont donc incapables de s'en échapper pour remonter à la faveur des panaches mantelliques, ces remontées de roches chaudes issues du manteau profond.

C'est là qu'intervient l'équipe de Nils Messling, du département de géochimie et de géologie isotopique de l'université allemande de Göttingen. Le groupe étudiait différentes roches à Hawaï, un archipel incroyablement important dans l'histoire des sciences de la Terre. Il est en effet situé sur un point chaud volcanique et a été directement formé par du matériel remonté depuis les entrailles de la Terre grâce aux panaches mantelliques cités plus haut. Il s'agit donc d'une incroyable archive géologique susceptible de nous apprendre beaucoup de choses sur l'histoire et la dynamique interne de la planète... et c'est exactement ce qui s'est passé pendant cette expédition.

...pas si hermétique qu'on le pensait.

L'équipe de Messling a développé une nouvelle technique permettant de mesurer très précisément la composition isotopique d'une roche, c'est-à-dire la répartition des différentes variantes (on parle d'isotopes) d'un élément chimique donné dans un échantillon. C'est une formidable ressource pour les géologues, car cette composition isotopique peut révéler des informations précieuses sur l'origine et l'évolution de la roche en question - une sorte de signature géologique, en somme.

À Hawaï, ils se sont servis de ce nouvel outil capable de déceler des différences subtiles dans cette composition isotopique pour analyser l'origine du ruthénium dans les roches locales. Il s'agit d'un élément hautement sidérophile : comme l'or, la quasi-totalité du ruthénium présent sur Terre à ses origines a migré vers le noyau. Les quelques traces qui demeurent dans la croûte actuelle proviennent plutôt d'autres sources, comme des météorites. Or, à leur grande surprise, la répartition isotopique correspondait précisément à celle attendue à l'interface entre le noyau et le manteau !

Une observation remarquable, et pour cause : cela suggère très fortement que cette frontière géologique n'est pas aussi imperméable qu'on le pensait. Contre toute attente, il semble finalement que des éléments comme le ruthénium et l'or peuvent tout de même se frayer un chemin du noyau vers la surface.

Une nouvelle piste de recherche prometteuse.

« Dès l'arrivée des premiers résultats, nous avons réalisé que nous avions trouvé une mine d'or », se réjouit Nils Messling dans un communiqué. « Nos découvertes montrent non seulement que le noyau terrestre n'est pas aussi isolé qu'on le pensait auparavant, mais aussi que d'énormes volumes de matériaux mantelliques surchauffés - plusieurs centaines de millions de milliards de tonnes de roche - naissent à la frontière noyau-manteau et remontent à la surface de la Terre pour former des îles océaniques comme Hawaï », précise son collègue Matthias Willbold.

Cela ne signifie pas qu'il existe de gigantesques réserves d'or inconnues qui ne demandent qu'à être exploitées. En revanche, ces résultats pourraient forcer les géologues à reconsidérer un pan entier de l'histoire de la Terre, et vont sans doute alimenter d'autres travaux qui pourraient également déboucher sur de nouvelles découvertes fascinantes.

« Ces processus que nous observons aujourd'hui ont-ils également été à l'œuvre dans le passé ? Cela reste à prouver. Mais nos découvertes ouvrent une perspective entièrement nouvelle sur l'évolution de la dynamique interne de notre planète », conclut Willbold.

Le texte de l'étude est disponible ici.