Le manteau inférieur de la Terre (qui s’étend d’environ 660 km à près de 2 900 km de profondeur) reste l’un des derniers grands territoires inexplorés de la géophysique : bien trop profond pour qu’on l’atteigne par forage, on ne peut l’analyser que par les ondes sismiques qui le traversent. Comme vous pouvez le voir sur le schéma ci-dessous, il rencontre le noyau externe (liquide) ; cette zone est appelée « Core-Mantle Boundary » (CMB). C’est ici qu’est concentrée une grande partie des processus géophysiques fondamentaux qui régissent la dynamique interne de notre planète : transfert de chaleur vers la surface, entretien du champ magnétique terrestre par la géodynamo, couplage électromagnétique et gravitationnel ou encore enfouissement des plaques tectoniques en subduction.
Malgré son importance, les données disponibles pour en sonder la structure fine sont restées longtemps trop clairsemées et les géophysiciens travaillent presque à l’aveugle, mais la convergence interdisciplinaire entre la sismologie et l’intelligence artificielle commence à démontrer son efficacité. Une équipe de l’Institut de géologie et de géophysique de l’Académie chinoise des sciences, menée par Yurui Guan, a entraîné un algorithme spécifique appelé réseau neuronal convolutif-récurrent (souvent appelé CRNN pour « Convolutional Recurrent Neural Network ») à analyser plus de deux millions d’enregistrements sismiques collectés entre 1990 et 2024, couvrant 4 859 séismes de magnitude supérieure ou égale à 6,0 dont les ondes ont traversé la CMB.
Leurs résultats ont été publiés en août 2026 dans la revue Journal of Geophysical Research: Solid Earth, et exploitent un phénomène sismique : les précurseurs PKP. Ce sigle décrit le trajet d’une onde de compression (P) qui descend dans le manteau, traverse le noyau externe liquide (K, de l’allemand Kern) puis remonte de nouveau (P). Si cette onde croise, au contact de la CMB, une poche de matière aux propriétés différentes de son environnement, elle s’y diffracte et parvient aux capteurs quelques secondes avant l’onde principale, trahissant une anomalie. L’algorithme en a extrait 174 929 sur trois décennies de données, et six régions inconnues du manteau profond en sont sorties.
Un réseau caché de structures géantes qui sculpte l’intérieur de la planète
Par rapport aux anciens travaux menés sur la CMB, la quantité de données récupérée par l’équipe a profondément renouvelé la vision que se faisaient les géophysiciens du fond du manteau. Les précédentes études, limitées à quelques milliers de précurseurs PKP triés manuellement, avaient repéré des concentrations localisées de matière dont la densité, la température ou la minéralogie ne correspondaient pas au manteau qui les entoure, mais ces concentrations semblaient dispersées au hasard, sans lien apparent entre elles.
Grâce à cet immense répertoire, l’équipe a pu à la fois préciser ce que contiennent ces concentrations et comprendre comment elles s’organisent. Les matériaux détectés sont de la croûte océanique basaltique enfouie par subduction, des sédiments marins piégés à 2 900 km sous la surface, de la roche en fusion partielle au voisinage du noyau externe (dont la température dépasse 3 500 °C) et des minéraux ayant changé de phase cristalline sous des pressions de l’ordre de 136 GPa (gigapascals).
Fait impossible à démontrer par le tri manuel des précurseurs PKP : plusieurs de ces poches se connectent en corridors continus, longs de plusieurs milliers de kilomètres, qui tapissent la CMB et dessinent un réseau de structures, révélant que le manteau est un milieu très hétérogène ; bien plus que ne le prévoyaient les modèles géophysiques.
Six régions, jusqu’alors sous-échantillonnées par les réseaux de sismomètres, ont également émergé de l’analyse. Elles se répartissent entre l’Atlantique nord-oriental en direction de l’Europe centrale, le nord de l’Eurasie à haute latitude, le Pacifique nord-ouest vers l’Alaska, l’Afrique australe et sa marge orientale, le bassin sud-atlantique et le pourtour de l’Antarctique.
Les auteurs les interprètent prudemment comme des « empilements thermochimiques », des masses stratifiées sur des dizaines de millions d’années dont la densité et la composition chimique divergent si fortement du manteau silicaté environnant qu’elles en perturbent localement le comportement thermique. Elles modulent le flux de chaleur remontant du noyau vers la surface, influencent le régime de convection du manteau et, par extension, le fonctionnement de la géodynamo qui entretient notre champ magnétique.
Plusieurs d’entre elles bordent les LLSVP (« Large Low-Shear-Velocity Provinces »), deux gigantesques anomalies déjà cartographiées sous l’Afrique et le Pacifique, ce qui suggère qu’il existe peut-être des interactions entre structures de petite et de grande échelle dont l’existence ne reposait, jusque-là, que sur des hypothèses.
L’algorithme utilisé par l’équipe, DeepScatter-PKP, a atteint une précision de 98,37 % pour le tri de la qualité des formes d’ondes et de 96,15 % pour la détection des précurseurs eux-mêmes. Des taux très satisfaisants qui valident sans le moindre doute la fiabilité de cette méthode d’analyse et, selon les auteurs, en font un outil destiné à s’améliorer. À mesure que de nouveaux séismes surviendront, sa couverture spatiale et temporelle permettra d’affiner les modèles structurels du manteau inférieur et de contraindre plus précisément l’état géodynamique des profondeurs terrestres. Les six zones identifiées constituent désormais des cibles prioritaires pour de futures campagnes d’imagerie sismique à haute résolution, qui mobiliseront d’autres types d’ondes sismiques afin de confirmer, ou d’infirmer, le portrait le plus détaillé jamais dressé de la CMB.
