Comment se comportent les cristaux dans un océan magmatique ?

Suite à l'impact géant qui a formé le système Terre-Lune1 , le manteau terrestre a probablement subi un épisode de fusion majeur formant un océan magmatique de plusieurs centaines de kilomètres d'épaisseur. Au début de la solidification de ce réservoir, les premiers cristaux2  formés ont pu se déposer en profondeur ou être efficacement mélangés par les mouvements de convection induits par le refroidissement de l’océan magmatique. Une équipe de scientifiques impliquant des chercheurs CNRS-INSU (voir encadré), a développé des modèles numériques pour suivre l'évolution d'une fine couche de cristaux dans un océan magmatique. Ces modèles ont caractérisé l'influence de la taille des cristaux, de la viscosité du magma et de la différence de densité entre les cristaux et le magma. Leurs résultats montrent qu’au cours de la solidification d'un océan magmatique profond, les cristaux sont plus facilement mis en suspension que déposés au fond de l’océan magmatique car les mouvements de convection entrainent efficacement les cristaux malgré leur poids.

• 1Il y a environ 4,5 milliards d’années, une collision entre la Terre et un astéroïde de la taille de Mars aurait éjecté de la roche en fusion dans l’espace. Ce nuage de débris se serait ensuite accrété pour former la Lune.
• 2Le magma est le matériel à partir duquel se forment les cristaux lors de son refroidissement. Les minéraux silicatés composent aujourd’hui l’essentiel du manteau terrestre.

Ce processus a joué un rôle déterminant dans la composition chimique du manteau primitif et contraint ainsi quels types de minéraux ont pu se former en fonction de la profondeur dans le manteau primitif. Pour mieux contraindre ce phénomène, les chercheurs ont comparé la différence de densité entre l’océan magmatique et les cristaux solides pour différentes compositions chimiques et la différence de densité critique à partir de laquelle la ségrégation des cristaux est susceptible de se produire. Leurs résultats montrent que la ségrégation de la bridgmanite, première phase minérale à se former dans l’océan magmatique, est plus susceptible de se produire au fond d'un océan magmatique si celui-ci est enrichi en SiO2.