Nous avons introduit un autre type d’ondes sismiques, les ondes de surface, qui permettent de compléter l’illumination du manteau supérieur sous les océans. Lors de la quatrième séance, nous avons illustré quelques découvertes faites grâce à l’imagerie à partir des ondes de surface, qui se propagent le long de la surface de la Terre, échantillonnent des profondeurs de plus en plus grandes suivant leur période, ce qui se manifeste par des vitesses de propagation qui dépendent de la fréquence. Une première observation notable est la dépendance de la structure en fonction de l’âge de la plaque océanique, une autre, la variation de la structure anisotrope qui permet de cartographier l’épaisseur de la lithosphère, aussi bien dans les océans que dans les continents, ainsi que la direction actuelle et ancienne du mouvement des plaques.
Au cours de cette quatrième séance, nous avons montré comment, en combinant les données de dispersion d’ondes de surface (mode fondamental et harmoniques) et de temps de parcours d’ondes de volume, on a pu construire des modèles à grande échelle des variations de la structure globale du manteau de plus en plus précis, en nous attardant sur les LLSVP dont l’origine énigmatique ne cesse de nous intriguer : elles ont des bords abrupts, ce qui exclut une interprétation en termes de variations purement thermiques, et présentent moins d’anisotropie que l’anneau de structure plus froide qui les entourent. Les débats sur leur nature et leur rôle dans la convection mantellique font rage : sont-elles un réservoir de matière primordiale (non touchée par la convection depuis l’époque de la formation de la Terre), ou bien sont-elles constituées de matière « recyclée » provenant des plaques de subduction ? Sont-elles plus denses ou moins denses que les régions voisines ? Quelle hauteur atteignent-elles au-dessus de la limite noyau-manteau ? Sont-elles des structures compactes ou bien représentent-elles des bouquets de panaches mantelliques ?
Pour pouvoir affiner encore plus les images tomographiques et trancher sur ces débats, de nouveaux outils sont nécessaires, pour compenser l’illumination très imparfaite que procurent les petites parties des enregistrements sismiques utilisées « classiquement » en imagerie globale (temps de parcours des ondes P et S, et dispersion des ondes de surface). C’est ainsi que s’est développée progressivement une méthodologie qui tente d’exploiter toute l’information contenue dans les enregistrements, avec, comme but, d’interpréter l’ensemble de la « forme d’onde », qui contient non seulement les ondes qui se propagent « directement » entre la source et la station, mais de nombreuses ondes qui se réfléchissent et se réfractent à la surface et à la limite noyau-manteau, ainsi qu’aux discontinuités de structure internes du manteau et qui permettent ainsi une illumination des structures à plus haute résolution spatiale.
