LE MAGMA COULE MIEUX QUAND ON LE COMPRIME — MAIS CE N'EST PAS POUR ÇA QU'IL S'ACCUMULE

Les plaques tectoniques de la Terre glissent sur l’asthénosphère, une couche du manteau supérieur étonnamment molle. Une idée ancienne veut que de petites quantités de roche fondue — du magma basaltique — contribuent à l’assouplir. La facilité avec laquelle ce magma circule en profondeur dépend de sa viscosité. Et là, un résultat étrange divise les géoscientifiques.

Comprimez la plupart des matériaux : ils deviennent plus raides. Pourtant, des expériences à haute pression, notamment celles de Sakamaki et ses collègues en 2013, ont montré que le basalte fondu devient moins visqueux sous pression, jusqu’à un minimum vers 90 à 150 kilomètres de profondeur, avant de redurcir. L’idée a servi à expliquer le transport du magma, des anomalies sismiques du manteau et une chimie en couches. En 2025, Russell et ses collègues ont répliqué que ce minimum était un artefact expérimental, dû à des températures mal maîtrisées : une fois corrigée, la viscosité augmenterait simplement avec la pression.

Pourquoi les expériences peinent

À ces pressions, température et pression sont difficiles à séparer. Les thermomètres des presses haute pression portent des incertitudes de 50 à 100 kelvins, voire plus, et la méthode classique — chronométrer la chute d’une minuscule bille dans le liquide — est perturbée par les parois de capsules millimétriques. L’effet recherché est subtil ; le bruit, non.

Des milliards de pas atomiques

Hongkun Zeng, Liang Yuan et leurs collègues de l’université des géosciences de Chine à Wuhan, de l’université de Bayreuth et de l’université du Sichuan se sont tournés vers la simulation. Ils ont modélisé un basalte simplifié (un mélange des minéraux diopside et anorthite) atome par atome, avec des forces calculées par la mécanique quantique et imitées par un réseau de neurones, ce qui permet de simuler plus de 1 000 fois plus longtemps qu’avec les méthodes quantiques classiques.

La clé, c’était la statistique. Pour chaque pression et température, ils ont lancé 150 à 600 simulations indépendantes de 5 nanosecondes chacune, soit au moins 7,5 microsecondes par chemin, après avoir vérifié que leur méthode reproduit à 1 % près les densités mesurées de vrais minéraux. L’incertitude sur la viscosité tombe ainsi à 1 à 3 %, contre jusqu’à 50 % dans des études antérieures.

Un U très évasé

À 2 073 kelvins constants, la viscosité dessine un U doux : 0,108 pascal-seconde à pression nulle, un minimum de 0,088 à 3 gigapascals, puis 0,104 à 6 gigapascals — un creux d’environ 19 %.

Le long de la courbe de fusion, comme dans les expériences, la viscosité chute au contraire d’un facteur d’environ 23 entre 0 et 6 gigapascals — mais c’est surtout l’effet de la température qui monte. À pression nulle, passer de 2 073 à 1 619 kelvins multiplie la viscosité par environ 18. Une erreur expérimentale typique de 100 kelvins décale donc la viscosité de plus de vingt fois l’amplitude du U. Pas étonnant qu’il ait été difficile à voir.

La cause se trouve dans la structure atomique. Le silicium reste surtout enfermé dans des groupes rigides de quatre oxygènes. L’aluminium, lui, se réorganise fortement sous pression — ses groupes à cinq oxygènes passent d’environ 20 % à 50 % du total —, et ces sites d’aluminium, rares et changeants, suivent le temps qu’il faut au liquide pour se relaxer. Ce sont eux, et non la charpente de silicium, qui donnent le rythme de l’écoulement.

La chaleur, pas le creux

L’équipe a ensuite modélisé la remontée du magma à travers le manteau. Sa mobilité augmente avec la profondeur, culmine vers 150 kilomètres, puis diminue à mesure qu’il monte et se refroidit : le magma tend donc à ralentir et à s’accumuler juste sous la plaque rigide — ce qui concorde avec des signes sismiques et électriques d’une couche riche en magma entre 45 et 70 kilomètres de profondeur.

Mais les auteurs insistent sur une nuance que leur propre résumé laisse dans l’ombre : ce pic de mobilité vient de la compétition entre pression et température le long du profil de température de la Terre, et non du minimum à 3 gigapascals. Le minimum de viscosité est réel, concluent-ils, mais « ni nécessaire ni suffisant » pour expliquer l’accumulation du magma ; la température suffit. Leur basalte est simplifié — sans fer ni sodium, avec l’eau pour seul volatil — et la position du minimum dépend de la composition.