Diamants : l'ascenseur express venu de 150 km de profondeur
Diamants
l'ascenseur express venu de 150 km de profondeur
Les diamants naissent vers 150 km sous nos pieds. Mais qu'est-ce qui les fait remonter ? Une étude publiée dans Nature en juillet 2023 propose un déclencheur inattendu : l'éclatement des supercontinents, dont l'effet se propage lentement vers l'intérieur des terres. Je vous explique, simplement, ce que cette recherche a montré — et ce qu'elle ne dit pas.
Le diamant, un voyageur des profondeurs
Un diamant n'est rien d'autre que du carbone pur, dont les atomes sont rangés selon une structure cubique. Les diamants des gisements se forment vers 150 km de profondeur, dans le manteau, la couche de roche située sous la croûte terrestre.
Pour qu'on puisse le ramasser, il faut donc qu'un « ascenseur » le monte jusqu'à nous. Cet ascenseur, c'est la kimberlite : un magma rare, pauvre en volume mais riche en gaz, qui perce la croûte en éruptions explosives. En refroidissant, il laisse dans le sol des cheminées verticales qui se rétrécissent avec la profondeur, un peu comme une carotte plantée pointe en bas.
Ces cheminées ne se trouvent pas n'importe où. Elles se concentrent dans les cratons, les morceaux les plus anciens et les plus stables des continents, dont les racines rocheuses plongent à au moins 150 km de profondeur. Et toutes ne sont pas diamantifères : beaucoup de kimberlites ne contiennent aucun diamant exploitable.
Ce que l'étude de 2023 a découvert
Le 26 juillet 2023, la revue Nature publie l'article « Rift-induced disruption of cratonic keels drives kimberlite volcanism ». L'équipe, menée par Thomas Gernon (université de Southampton), réunit des chercheurs de plusieurs pays.
Leur question : pourquoi les kimberlites éclatent-elles à certaines époques plutôt qu'à d'autres ? Pour y répondre, ils ont croisé l'âge des éruptions avec l'histoire des déplacements des continents, à l'aide d'analyses statistiques incluant de l'apprentissage automatique (une branche de l'intelligence artificielle). Ils se sont concentrés sur l'Afrique, l'Amérique du Sud et l'Amérique du Nord, qui concentrent la plupart des kimberlites. L'analyse remonte jusqu'à un milliard d'années, avec une confiance maximale sur les 500 derniers millions d'années.
Le résultat est net : la plupart des kimberlites ont jailli 20 à 30 millions d'années après la rupture d'un continent (le résumé de l'article parle d'environ 30 millions d'années). Autre constat : au fil du temps, les éruptions se décalent des bords du continent vers son intérieur, sur des centaines voire des milliers de kilomètres, à un rythme remarquablement semblable d'un continent à l'autre.
Le mécanisme, expliqué simplement
Imaginez un continent comme un radeau de roche très épais qui flotte sur une couche plus chaude et plus malléable, l'asthénosphère. Quand ce radeau se déchire (c'est ce qu'on appelle un rift), la frontière entre le continent et la couche chaude devient brusquement très pentue au niveau de la déchirure.
Selon l'étude, cette marche abrupte déclenche des tourbillons dans le manteau chaud. Ces mouvements déstabilisent la base du continent, sa « quille », et en arrachent plusieurs dizaines de kilomètres. Chaque instabilité en provoque une autre un peu plus loin : c'est l'effet domino décrit par les chercheurs, qui progresse lentement du rift vers le cœur du craton pendant des dizaines de millions d'années.
Lorsque la roche du manteau remonte ainsi, la pression baisse et une infime partie fond : souvent moins de 1 %. Ce tout petit volume de liquide, très riche en gaz, correspond de très près au profil attendu d'un magma kimberlitique. Pour se représenter son éruption, pensez à une bouteille de soda secouée : quand le gaz se libère, tout jaillit d'un coup, en emportant au passage les diamants arrachés aux profondeurs.
Cette piste se distingue d'une autre grande explication, qui fait intervenir les panaches mantelliques : d'immenses colonnes de roche chaude qui montent depuis la limite entre le noyau et le manteau, à près de 3 000 km de profondeur. Le modèle de 2023 met en avant un autre déclencheur : la déchirure du continent elle-même.
Kimberley : la ville qui a donné son nom à la roche
L'histoire de la kimberlite commence en Afrique du Sud. À la fin des années 1860, des diamants trouvés dans des graviers de rivière déclenchent une ruée. Les prospecteurs cherchent alors d'où viennent ces pierres, et finissent par atteindre la roche mère elle-même.
En 1887, le géologue Henry Carvill Lewis propose de baptiser cette roche « kimberlite », d'après la ville de Kimberley. Depuis, le mot désigne ce type de roche partout dans le monde, de l'Afrique australe à l'Amérique du Nord.
Le continent africain, berceau du mot, fait d'ailleurs partie des trois terrains d'étude retenus par l'équipe de 2023 pour tester son modèle.
À quoi cela sert, et une hypothèse concurrente
L'enjeu est concret. Si l'on sait quand un continent s'est déchiré et comment les instabilités ont progressé vers l'intérieur, on peut mieux cibler les régions et les époques où des kimberlites ont pu jaillir. Les chercheurs estiment que cela pourrait aider à découvrir de futurs gisements de diamants.
Pour l'amateur, la leçon est simple : un diamant brut est le témoin d'un voyage en deux temps, une naissance à grande profondeur puis une remontée rapide dans un magma explosif.
Une autre équipe propose d'ailleurs un moteur différent. En mai 2023, Ömer Bodur et Nicolas Flament (université de Wollongong, Australie) ont publié dans Nature Geoscience une étude selon laquelle la chaleur des kimberlites proviendrait de vastes remontées du manteau, situées au-dessus de structures posées tout au fond du manteau, et capables de se déplacer. Deux études parues la même année proposent donc deux mécanismes distincts.
Conclusion
Pour sortir de terre, les diamants ont besoin d'un ascenseur, et celui-ci aurait son propre calendrier. Selon l'étude de Gernon et de ses collègues, leur sortie suit, avec un décalage de 20 à 30 millions d'années, la déchirure des continents, dont la réaction en chaîne chemine lentement vers les vieux cœurs continentaux. Une hypothèse concurrente met en avant la chaleur du manteau profond. Dans les deux cas, ces travaux transforment une question de collectionneur, « d'où vient ce cristal ? », en une enquête sur l'histoire de la planète entière.
Le saviez-vous ?
Le plus dur des minéraux se fend pourtant. Le diamant détient la note maximale de 10 sur l'échelle de Mohs, mais il possède un clivage parfait selon les faces de l'octaèdre, c'est-à-dire qu'il tend à se fendre le long de ces plans. Dureté (résistance à la rayure) et clivage sont deux propriétés distinctes.
Des volcans à kimberlite presque contemporains. Les plus jeunes volcans kimberlitiques connus, ceux d'Igwisi Hills en Tanzanie, datent de la fin du Pléistocène ou de l'Holocène. L'étude de Brown et al. avance des âges d'environ 5 900 à 12 400 ans ; le GIA évoque des éruptions d'environ 10 000 ans.
FAQ
À quelle profondeur se forme le diamant ? Dans le manteau, à environ 150 km de profondeur selon l'université de Southampton ; le GIA donne une fourchette plus large, de 150 à 700 km.
Comment le diamant remonte-t-il à la surface ? Principalement dans un magma rare et riche en gaz, la kimberlite, qui remonte vite et perce la croûte en éruptions explosives.
Toutes les kimberlites contiennent-elles des diamants ? Non. Beaucoup de cheminées de kimberlite n'en renferment pas de façon exploitable.
Où trouve-t-on des kimberlites ? Dans ou en bordure des cratons, les parties les plus anciennes des continents, dont les racines dépassent 150 km d'épaisseur. L'Afrique, l'Amérique du Sud et l'Amérique du Nord en regroupent la plupart.
Pourquoi les kimberlites éclatent-elles à certaines époques ? D'après l'étude publiée dans Nature en 2023, la plupart surviennent 20 à 30 millions d'années après la rupture d'un continent. Une autre étude, parue la même année dans Nature Geoscience, met plutôt en avant des remontées de chaleur venues du manteau profond.
Petit glossaire
• Manteau : épaisse couche de roche située entre la croûte terrestre et le noyau.
• Asthénosphère : partie du manteau, chaude et capable de se déformer lentement, sur laquelle reposent les plaques.
• Lithosphère : enveloppe rigide (croûte et sommet du manteau) qui forme les plaques et les continents.
• Craton : cœur très ancien et stable d'un continent, à la racine particulièrement épaisse.
• Rift : zone où un continent s'étire et se déchire.
• Kimberlite : roche volcanique issue d'un magma profond, riche en gaz, principale roche porteuse de diamants.
• Panache mantellique : colonne de roche chaude qui remonte depuis la base du manteau.
• Clivage : tendance d'un cristal à se fendre selon des plans précis.
Sources
• Gernon T. M. et al., « Rift-induced disruption of cratonic keels drives kimberlite volcanism », Nature 620, 344–350, 26 juillet 2023 — version en libre accès
• Université de Southampton, « Scientists crack the code of what causes diamonds to erupt », juillet 2023
• T. Gernon, « We've discovered how diamonds make their way to the surface », phys.org / The Conversation, juillet 2023
• « Decoding how Earth's interior unleashes diamonds », Springer Nature Research Communities
• « Fountains of Diamonds Erupt as Supercontinents Break Up », Scientific American
• Bodur Ö. F. et Flament N., « Kimberlite magmatism fed by upwelling above mobile basal mantle structures », Nature Geoscience 16, 534–540, mai 2023
• Université de Wollongong, communiqué du 17 mai 2023
• GIA, « Kimberlites: Earth's Diamond Delivery System », Gems & Gemology, été 2019
• EBSCO Research Starters, « Kimberlites »
• Encyclopædia Britannica, « Kimberlite »
• Wikipedia (EN), « Kimberlite »
• Brown R. J. et al., « Eruption of kimberlite magmas… Igwisi Hills volcanoes, Tanzania », dépôt de l'université de Durham
• mindat : Diamond et webmineral : Diamond
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