Écrite pour répondre à une question : Comment sait-on qu'une grande partie de l'eau terrestre est « dans la roche », d'où vient la fourchette de 3 à 11 océans, le noyau cache-t-il de l'hydrogène, et combien d'eau les impacts géants ont-ils pu faire perdre ?
1. Une unité : l'« océan »
Les géochimistes comptent l'eau en « masses d'océan ». Une masse d'océan vaut environ 1,34 × 10²¹ kg. C'est l'équivalent de 333 ppm (en masse) de la Terre silicatée, c'est-à-dire du manteau et de la croûte Guimond 2026. Dauphas et Morbidelli prennent 1,37 × 10²¹ kg dauphas-morbidelli. La surface (océans, glaces, atmosphère, sédiments) contient un peu plus d'un océan : les roches de la croûte en gardent environ 0,2 dauphas-morbidelli.
L'unité a un avantage : elle relie directement une teneur en ppm à un nombre d'océans. Un manteau à 1 000 ppm d'eau contient environ trois océans. Elle a aussi un piège. Dans le manteau, l'eau n'existe presque jamais sous forme de molécules H₂O libres. C'est de l'hydrogène dissous dans des minéraux réputés « anhydres » (olivine, pyroxènes, wadsleyite, ringwoodite) Guimond 2026. Dans le noyau, c'est de l'hydrogène allié au fer. « Dix océans dans le manteau » est un équivalent comptable, pas une mer souterraine.
2. Lire l'eau du manteau dans les basaltes : le rapport H₂O/Ce
On n'échantillonne pas le manteau directement. On mesure les laves qui en sortent, surtout les verres de basaltes de dorsale (MORB), trempés au fond de l'océan avant d'avoir dégazé. Le principe vient de Michael (1995) : l'eau et le cérium sont aussi « incompatibles » l'un que l'autre. Quand le manteau fond, ils passent dans le liquide dans les mêmes proportions. Leur rapport dans le basalte est donc celui de la source dauphas-morbidelli.
Le calcul se fait en trois étapes dauphas-morbidelli :
- Source des MORB. Le rapport H₂O/Ce des MORB vaut environ 200. La concentration en cérium du manteau appauvri est connue. Ensemble, ils donnent environ 110 ppm d'eau dans la source des basaltes de dorsale.
- Borne basse. Si tout le manteau était aussi sec que cette source, il contiendrait environ 0,4 × 10²¹ kg d'eau, soit 0,3 océan.
- Borne haute. On suppose que la Terre silicatée entière a le même rapport H/Ce que les réservoirs de surface (océans et croûte) et on lui applique sa teneur connue en cérium. On obtient 3,4 océans au total. Il en reste au plus 2,0 océans pour le manteau, soit environ 690 ppm.
La méthode bute sur une limite. Les dorsales échantillonnent le manteau supérieur appauvri, le réservoir le plus sec. Les basaltes de point chaud (OIB) viennent de sources plus profondes et plus riches en eau, mais on ne sait pas quelle part du manteau elles représentent. Les valeurs propres aux OIB n'ont pas été vérifiées pour cette fiche. Toute la fourchette tient à ce choix de proportions.
3. Ce que les minéraux peuvent contenir
Une autre approche part des minéraux : combien d'eau chacun peut-il loger à saturation ? Les ordres de grandeur, compilés par Guimond et al. (2026), sont les suivants Guimond 2026 :
- Manteau supérieur (olivine, pyroxènes) : 10² à 10³ ppm.
- Zone de transition (410–660 km, environ 250 km d'épaisseur) : wadsleyite 1,8–2,3 × 10⁴ ppm, ringwoodite 1–1,25 × 10⁴ ppm, soit 1 à 2 % de leur masse.
- Manteau inférieur (bridgmanite) : environ 100 à 2 000 ppm. Ces valeurs sont débattues, mais ce niveau est de toute façon bien plus sec que la zone de transition.
La capacité n'est pas le contenu. Selon la synthèse d'Ohtani (2021) rapportée par Guimond et al., les mesures géophysiques montrent un manteau supérieur loin de la saturation (100–200 ppm) et une zone de transition plus humide, mais de façon inégale Guimond 2026. Si la zone de transition était partout saturée, elle contiendrait à elle seule plusieurs océans. C'est pourquoi les estimations « par capacité » sont des plafonds.
4. Un témoin direct : la ringwoodite de Juína (Pearson et al. 2014)
En 2008, des mineurs artisanaux trouvent un diamant dans des graviers de rivière à Juína (Mato Grosso, Brésil) Sciencedaily 2014. Il renferme une inclusion de ringwoodite. C'est la première fois qu'on observe ce minéral terrestre, qui n'est stable qu'entre 410 et 660 km de profondeur. Il a été identifié par diffraction X, Raman et infrarouge Pearson 2014. Le spectre infrarouge montre qu'il est riche en eau : la zone de transition est donc hydratée « au moins localement », à environ 1 % en masse Pearson 2014. Le communiqué de 2014 donne 1,5 % Sciencedaily 2014. Il faut s'en tenir au chiffre de l'article.
La portée de ce résultat a des limites. Il s'agit d'un grain, à un endroit. Pearson lui-même parle de « points humides locaux » Sciencedaily 2014. Avant cette découverte, la question d'une zone de transition riche en eau restait « très controversée », car la conductivité électrique donnait des résultats contradictoires Pearson 2014. L'inclusion prouve que de l'eau existe à cette profondeur. Elle ne mesure pas la quantité totale. La formule du communiqué, « autant d'eau que tous les océans du monde », est une extrapolation qui suppose une zone de transition partout aussi humide Sciencedaily 2014.
5. D'où vient la fourchette de « 3 à 11 océans » ?
La fiche de-la-nebuleuse-a-la-terre (section 7) donne 3 à 11 océans pour la Terre entière (manteau, océan, atmosphère) et cite Lichtenberg et al. (2023) Lichtenberg 2023. Le passage n'a pas pu être retrouvé dans cette revue au cours de la présente recherche. Le chiffre doit donc être vérifié. La littérature, elle, donne des fourchettes bien plus larges que ce que suggère une seule paire de bornes :
- Selon les auteurs, la teneur en eau de la Terre actuelle va d'un océan à un « extrême » de 100 océans (compilation de Peslier et al. 2017) Guimond 2026.
- Une estimation récente (Ohtani 2021) donne 2,6 à 8,3 océans dans le manteau et la croûte, dont 0,3 à 0,4 dans la croûte Guimond 2026.
- Ohtani distingue deux familles de modèles compatibles avec les observations : une Terre à 1–4 océans et une Terre à 7–12 océans Ohtani 2021.
- Marty (2012) part des gaz rares et du carbone. Il propose une Terre plus riche que prévu, avec 1 000 à 3 000 ppm d'eau stockée pour l'essentiel dans la Terre solide Marty 2012. Avec l'unité de la section 1, cela fait environ 3 à 9 océans.
- Le bilan par le cérium donne au plus 3,4 océans pour la Terre silicatée (section 2) dauphas-morbidelli.
La fourchette de 3 à 11 rend correctement cet éventail : un peu plus d'un océan en surface, et de deux à une dizaine dans le manteau selon la méthode. Ce sont le choix de la méthode (cérium, capacité des minéraux, gaz rares) et la part supposée des sources profondes qui font la largeur de la fourchette. Un point est commun à toutes ces estimations : elles ne comptent pas le noyau.
6. Le noyau : le plus grand réservoir, peut-être
L'hydrogène se dissout-il dans le fer liquide pendant la formation du noyau ? La question a longtemps divisé les expérimentateurs. Sous 20 GPa, les résultats se contredisaient Tagawa 2021. Clesi et al. (2018) trouvaient un coefficient de partage métal/silicate d'environ 0,2 : l'hydrogène serait alors « lithophile » et resterait dans le silicate, avec quelques dizaines de ppm dans le noyau Clesi 2018. Tagawa et al. attribuent ces faibles teneurs à des expériences saturées en carbone, ou à une fuite d'hydrogène lors de la décompression Tagawa 2021.
Tagawa et al. (2021) travaillent à 30–60 GPa et 3 100–4 600 K, des conditions plus proches de celles de la formation du noyau. Ils trouvent un coefficient de partage ≥ 29 : l'hydrogène est fortement sidérophile. Leurs scénarios donnent 0,3 à 0,6 % d'hydrogène en masse dans le noyau Tagawa 2021, soit l'hydrogène de 37 à 73 océans. Il resterait environ 690 ppm d'eau dans la Terre silicatée (≈ 2 océans) Tagawa 2021. Cette quantité d'hydrogène expliquerait 30 à 60 % du déficit de densité du noyau externe Tagawa 2021. La réserve des auteurs est essentielle : ce résultat vaut « sauf si l'eau n'a été livrée qu'à la toute fin de l'accrétion » Tagawa 2021. Le calcul suppose donc une eau présente pendant toute la formation du noyau.
D'autres modèles vont dans le même sens. Wu et al. (2018) envoient environ 60 % de l'hydrogène dans le noyau (sources-mineures-eau, section 6) Wu 2018. Liu et Jing (2024) proposent 51 océans Guimond 2026. Young et al. (2023) relient eux aussi l'eau à la faible densité du noyau Young 2023.
Une mesure de 2026 à l'échelle de l'atome
Huang, Murakami et leurs collègues (2026) reprennent la question avec une autre technique. Ils réalisent des expériences de partage au-dessus du liquidus en cellule à enclumes de diamant, à environ 111 GPa, puis analysent les échantillons par tomographie à sonde atomique. Ils voient l'hydrogène logé dans des nanostructures riches en silicium et en oxygène, à l'intérieur de l'alliage de fer, avec un rapport molaire Si/H proche de 1 Huang 2026. Ils en déduisent 0,07 à 0,36 % d'hydrogène dans le noyau, l'équivalent de 9 à 45 océans Huang 2026. Les auteurs concluent qu'une telle quantité exige que la Terre ait reçu l'essentiel de son eau pendant les grandes étapes de l'accrétion, et non par des comètes à la fin Huang 2026.
La fourchette est plus basse que celle de 2021, mais l'ordre de grandeur reste le même : le noyau contiendrait plus d'hydrogène que le manteau et les océans réunis. Les deux études ne s'accordent pas sur le chiffre, et la position lithophile n'a pas disparu. Cet hydrogène est en outre probablement piégé pour toujours : il ne revient pas à la surface Guimond 2026.
7. L'eau perdue par les impacts géants
Les impacts géants, dont celui qui forme la Lune, ont arraché des atmosphères : le déficit en néon et en argon le montre (de-la-nebuleuse-a-la-terre, section 8). Pour l'eau, aucune mesure ne donne de chiffre. Il n'existe que des modèles, et ils divergent.
- L'onde de choc seule. D'après les travaux antérieurs résumés par Biersteker et Schlichting, l'onde de choc de l'impact lunaire n'enlève qu'au plus 20 à 30 % de l'atmosphère, et « pratiquement pas » d'océan Biersteker 2020.
- Le vent thermique. Le choc chauffe aussi la planète, ce qui peut déclencher un vent hydrodynamique. Si la vapeur d'eau se trouve dans une atmosphère dominée par l'hydrogène, ce vent l'entraîne. Un embryon de la taille de Mars percutant la proto-Terre pourrait alors enlever « plusieurs océans » d'eau Biersteker 2020. Ce résultat repose sur une prépublication et sur une condition forte : une enveloppe d'hydrogène primordial encore présente.
- L'état de surface avant le choc. Lock et Stewart montrent que la perte dépend de ce qui recouvre la planète. Un océan peut fortement accroître la perte d'atmosphère, mais il peut aussi la réduire s'il ne pèse pas plus de quelques fois la masse de l'atmosphère Lock 2023. Les auteurs rappellent qu'une partie de la proto-atmosphère a forcément survécu, puisque l'essentiel des volatils a été acquis pendant l'accrétion principale Lock 2023.
Un facteur protège l'eau : le magma. Tant que l'océan de magma n'est pas en grande partie solidifié, il peut garder dissous de nombreux océans d'eau, à l'abri du rayonnement et de l'échappement Guimond 2026. L'eau dissoute dans le manteau, ou partie dans le noyau, échappe aussi au souffle de l'impact. Le bilan net de l'impact lunaire reste donc ouvert : il va de presque rien à plusieurs océans selon le modèle. Les impacts plus tardifs, qui frappent un océan déjà formé, posent une autre question, traitée dans impacts-et-oceans : ils peuvent vaporiser l'océan entier sans le perdre, puisque l'eau retombe en pluie en un millier à quelques milliers d'années.
8. Ce que ces chiffres disent ensemble
Les trois réservoirs ne sont pas connus de la même façon. La surface est mesurée : un peu plus d'un océan. Le manteau est estimé de façon indirecte, par la chimie des laves (borne basse : 0,3 océan) et par la capacité des minéraux (plafond de plusieurs océans). Un grain de ringwoodite confirme qu'il y a de l'eau en profondeur. On arrive à quelques océans, avec un facteur 3 à 4 d'incertitude. Le noyau est déduit d'expériences à très haute pression, et rien ne s'y mesure directement. Il pourrait dépasser tout le reste, de 9 à plus de 70 océans d'hydrogène, à moins que l'hydrogène ne soit lithophile.
« L'essentiel de l'eau est dans la roche » est donc défendable pour le manteau seul, à condition de dire que la marge est large. Si l'on compte le noyau, « l'essentiel de l'hydrogène est dans le fer » devient plausible, mais ce n'est pas établi. Les deux résultats ont une conséquence commune avec la fiche sources-mineures-eau : un noyau riche en hydrogène suppose que l'eau était là pendant sa formation, donc qu'elle n'est pas arrivée seulement à la fin.
Ce que le livre peut en tirer
Pour le récit. Deux images sûres. D'abord, un diamant ramassé dans une rivière brésilienne a remonté de 500 km de profondeur un grain de ringwoodite, et ce grain contient de l'eau, environ 1 % de sa masse. Ensuite, on lit l'eau du manteau dans les laves des dorsales : l'eau et le cérium fondent ensemble, et l'un sert d'étalon à l'autre. Une image plus fragile, à présenter comme telle : le noyau de fer pourrait cacher plus d'hydrogène que tous les océans réunis, peut-être des dizaines d'océans, mais un hydrogène qui ne reviendra jamais.
Pour l'essai. (1) Distinguer trois façons de savoir : mesurer (la surface, le grain de Juína), déduire d'un rapport chimique (H₂O/Ce, borne basse ≈ 0,3 océan pour le manteau), plafonner par la capacité des minéraux. (2) La fourchette de « 3 à 11 océans » rend compte de la dispersion des méthodes, pas d'une mesure. Ohtani distingue deux familles de modèles (1–4 et 7–12 océans) ; d'autres auteurs vont de 1 à 100. (3) Elle ne compte pas le noyau : 37–73 océans d'hydrogène selon Tagawa et al. (2021), 9–45 selon Huang et al. (2026), quelques dizaines de ppm seulement si l'hydrogène est lithophile (Clesi et al. 2018). (4) Pour l'impact lunaire : on ne peut pas chiffrer l'eau perdue. Les modèles vont de « pratiquement rien » (onde de choc seule) à « plusieurs océans » (vent thermique sous une atmosphère d'hydrogène). (5) Chapitre 18, assertion 1.5 : garder « 3 à 11 océans », mais écrire « selon les estimations, qui divergent » et ne pas inclure le noyau. Chapitre 17, assertion 1.13 : on peut ajouter que la perte d'eau est inconnue, et que l'eau dissoute dans le magma était en partie à l'abri.
Contresens à éviter. Ne pas parler d'« océan souterrain » ni de « mer sous nos pieds » : c'est de l'hydrogène dans les cristaux. Ne pas écrire que Pearson et al. ont mesuré l'eau de toute la zone de transition : un seul grain, « au moins localement ». Ne pas reprendre le 1,5 % du communiqué : l'article dit environ 1 %. Ne pas additionner les océans du noyau à ceux du manteau comme s'ils étaient établis au même degré. Ne pas écrire que l'impact lunaire a vaporisé les océans.
À vérifier avant publication. La phrase « 3 à 11 océans » chez Lichtenberg et al. 2023 : le passage n'a pas été retrouvé. Ohtani 2021 : abstract lu seulement dans un résumé de moteur de recherche (Annual Reviews non accessible), chiffres de 2,6–8,3 relayés par Guimond et al. 2026. Clesi et al. 2018 : repris d'un résumé. Valeurs H₂O/Ce et teneurs en eau des sources d'OIB : non vérifiées. Biersteker et Schlichting 2020 : version arXiv, publication finale non contrôlée.
Voisines
- de-la-nebuleuse-a-la-terre — Donne la fourchette de 3 à 11 océans sans méthode (section 7) et évoque les atmosphères arrachées par les impacts (section 8) sans parler de l'eau. La présente fiche fournit la méthode, le réservoir du noyau et l'état de la question sur l'eau perdue. Le chiffre attribué à Lichtenberg et al. est à revérifier.
- sources-mineures-eau — Le stockage de l'hydrogène dans le noyau (Wu et al. 2018, Young et al. 2023) et la conclusion d'une eau acquise pendant l'accrétion principale y sont déjà discutés. Les mesures de Tagawa (2021) et de Huang (2026) renforcent cette conclusion.
- ligne-des-glaces — La quantité d'eau à expliquer, plusieurs océans et peut-être des dizaines dans le noyau, conditionne ce que les planétésimaux venus d'au-delà de la ligne des glaces ont dû apporter.
Sources
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Communiqué sur Pearson et al. 2014, « Rare mineral points to vast oceans beneath the Earth ». https://sciencedaily.com/releases/2014/03/140312150229.htm — « « This sample really provides extremely strong confirmation that there are local wet spots deep in the Earth in this area » ; la ringwoodite contient « 1.5 per cent of its weight » en eau ; découverte en 2008 « in the Juina area of Mato Grosso, Brazil ». »tagawa2021— Tagawa, S., Sakamoto, N., Hirose, K., Yokoo, S., Hernlund, J., Ohishi, Y., Yurimoto, H. (2021). Experimental evidence for hydrogen incorporation into Earth's core. Nature Communications 12, 2588. PMC8113257. DOI 10.1038/s41467-021-22035-0 https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8113257/ — « « We find that hydrogen has a metal/silicate partition coefficient D_H ≥ 29 and is therefore strongly siderophile at conditions of core formation. 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