Dorsale (géologie)

Les dorsales océaniques sont représentées par une ligne rouge.

En géologie, une dorsale, appelée aussi crête médio-océanique ou ride médio-océanique, est une frontière de divergence entre deux plaques tectoniques (voir Alfred Wegener, connu notamment pour sa théorie de la dérive des continents). Elles sont souvent le lieu d'un volcanisme, couplé à une remontée du manteau qui en fait l'endroit de création de croûte océanique : c'est le phénomène d'accrétion océanique.

Les dorsales océaniques (le terme médio-océaniques étant trompeur puisque, si les dorsales atlantiques ont bien une position médiane avec un tracé qui sinue à mi-chemin des continents américain et euro-africain, les dorsales pacifiques ont une position décentrée[1]) désignent des monts sous-marins, ou chaînes de montagnes sous-marines, existant dans tous les bassins océaniques et qui s’étendent sur près de 60 à 80 000 km.

Les dorsales se développent à la limite entre 2 plaques lithosphériques divergentes et représentent l’un des environnements les plus actifs de la Terre (séismes, volcanisme, hydrothermalisme, …).

Le terme « dorsale » provient de la topographie de cette limite, lieu de création de lithosphère océanique et théâtre de volcanisme intense : la remontée de magma et surtout la température plus importante provoquent la formation d'un relief par isostasie. En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit, devient plus dense et sa surface, la croûte océanique, plus profonde.

Le volcanisme au niveau des dorsales est généralement basaltique, avec une géochimie tholéiitique. La fusion du matériel péridotitique qui a lieu à la dorsale est à l'origine du matériel constituant la lithosphère océanique. Il existe aussi des dorsales sans volcanisme, comme la dorsale indienne Sud-Ouest. Dans ce cas, ce sont des mouvements tectoniques de grandes failles à déplacement très lent (1,4 mm par an) qui assurent l’expansion océanique[2].

Caractéristiques morphologiques

La surface des dorsales (en rouge) atteint 33 % de la surface du plancher océanique.

Les dorsales océaniques forment la plus grande chaîne de montagne continue de la planète. Elles constituent un relief sans discontinuités à travers tous les océans, avec une longueur estimée qui va de 60 000 km à 80 000 km[3],[4]. Larges de 1 000 à 3 000 km, leur surface atteint 33 % de la surface du plancher océanique et 25 % de la surface du globe terrestre dans son ensemble[5]. Le segment le plus long est la dorsale Atlantique, qui sépare les plaques afro-européennes et américaines sur environ 7 000 km. Les murs des crêtes se trouvent en général à 2 500 km de profondeur alors que la profondeur moyenne d’un océan est d’environ 4,5 km.

Cependant la comparaison entre une dorsale et une chaîne de montagnes montre ses limites si on regarde la topographie des dorsales de plus près : la dénivellation est à comparer avec la largeur, de 500 à 800 km (océan Atlantique) ou de 1 000 à 1 500 km (océan Pacifique). La pente est donc beaucoup plus faible que dans le cas des massifs montagneux émergés. Il faut également remarquer qu'une dorsale n'est pas une ligne continue : elle est formée d'une suite de nombreux segments reliés par des failles transformantes.

Chez les dorsales lentes, la ligne axiale du mont sous-marin, ou « montagne sous la mer », peut être creusée d'une vallée étroite de quelques kilomètres appelée rift, ou fossé d'effondrement. Les dorsales rapides, avec un magmatisme plus important et qui génèrent une croûte plus épaisse (5 à 10) n'ont pas de rift central[1]. Le rift est le lieu d'une intense activité géologique considéré comme une oasis de vie dans les grands fonds océaniques plutôt très pauvres en activité biologique faute de ressources énergétiques et chimiques.

Caractéristiques pétrographiques

L'axe des dorsales est dépourvu de sédimentation. Plus on s'éloigne du rift, plus la couche de sédiments est épaisse. Cela est dû au phénomène d'extension et de création de la lithosphère océanique.

On trouve sur l'axe central des basaltes parfaitement non-altérés, c'est-à-dire très jeunes géologiquement parlant. Ils montrent une forme particulière en pillow-lava (« coussins de lave ») qui est due à l'effet de trempe instantanée de la lave qui sort d'une remontée volcanique (par exemple à Hawaii ou en Turquie). En dessous de ces basaltes en coussins se trouvent des filons de basalte, puis du gabbro. Cette disposition témoigne de la mise en place de ces roches (qui forment la croûte océanique) après une remontée du magma au niveau de la dorsale.

Flux de chaleur, hydrothermalisme, vie thermophile

Les dorsales (9)

L'asthénosphère, qui forme un bombement au niveau de la dorsale, évacue ainsi la chaleur du manteau par mouvements de convection et remontée de magma.

Une énergie thermique considérable et rapidement renouvelée est donc présente, elle est liée à la circulation de l'eau en profondeur à proximité de la chambre volcanique. Cependant, malgré des températures de 100 à 350 °C, cette eau ne bout pas en raison de la haute pression en mer profonde. La chaleur de l'eau dans des geysers en Islande (placée sur la dorsale Atlantique) est un exemple de cet effet visible en surface.

La circulation de l'eau se fait à travers les fissures et les failles souterraines. L'eau chaude se refroidit en remontant du rift, l'eau froide s'infiltre dans les basaltes et se charge en ions tout en se réchauffant. Lors de sa remontée, elle laisse des traces de sulfures (si elle remonte de façon rapide) ou d'oxydes de fer et de manganèse (si elle remonte de façon lente). Les zones où l'eau chaude ressort constituent des sortes de sources hydrothermales appelées les « fumeurs noirs » parce qu'elles « soufflent » à haute pression une eau très chaude, chargée de particules et de sulfures dissous qui leur donnent un panache sombre ou noir. Ces fumeurs noirs ont été découverts par hasard en 1977 par le géologue John Corliss.

Les environs immédiats de ces sources abritent une faune et une flore adaptées à ces niches écologiques très particulières : absence de lumière du jour, relativement faible durée de vie de la source géothermique, fort gradient de température, très forte concentration chimique en produits soufrés, etc. Cet écosystème est donc indépendant de la photosynthèse, mais dépend d'un autre système appelé chimiosynthèse. Le flux de lave apporte des minéraux variés et susceptibles de réactions chimiques, en particulier avec des bactéries autotrophes spécifiques à cet environnement (métabolisme à partir du soufre notamment).

Les modalités de la convection mantellique

La tectonique des plaques est l'expression en surface de la convection mantellique à grande échelle : la lithosphère représente la couche limite thermique supérieure du modèle des cellules convectives  (modèle de circulation convective à une couche sur ce diagramme).

Lors de la mise en place du modèle de la tectonique des plaques en 1970, le moteur du mouvement des lithosphères n'était pas très clair. Les chercheurs savaient que ce moteur était la convection mantellique, mais ils se posaient la question de savoir où agissaient les forces faisant bouger la lithosphère. Les géophysiciens ont proposé trois hypothèses, non incompatibles : une poussée à la ride (ridge push  en anglais), une traction des zones de subduction (slab pull  en anglais), ou un entraînement de la lithosphère par des mouvement asthénosphériques sous-jacents. De très nombreux arguments, notamment le découplage mécanique asthénosphère/lithosphère montrent aujourd'hui que la lithosphère n'est pas entraînée par des mouvements asthénosphériques sous-jacents[1]. La lithosphère, partie supérieure et couche limite thermique de la convection, est en effet le propre moteur de son mouvement. Des En Les données tectoniques[6], sismologiques[7], cinématiques[8] apportent plusieurs arguments[9] expliquant que l'hypothèse slab pull est privilégiée. La force de traction due au poids des lithosphères âgées qui subductent, étant deux à trois fois plus élevée que la force de poussée gravitaire (ridge push)[10],[11].

Notes et références

  1. a, b et c Pierre Thomas, « La tectonique des plaques de 1970 à 2011 : qu'est ce qui a changé dans le modèle et n'a pas (assez) changé dans sa transmission depuis l'époque des pères fondateurs ? », sur planet-terre.ens-lyon.fr, (consulté le 24 septembre 2018).
  2. Continuous exhumation of mantle-derived rocks at the Southwest Indian Ridge for 11 million years. Daniel Sauter, Mathilde Cannat, Stéphane Rouméjon, Muriel Andreani, Dominique Birot, Adrien Bronner, Daniele Brunelli, Julie Carlut, Adélie Delacour, Vivien Guyader, Christopher J. MacLeod, Gianreto Manatschal, Véronique Mendel, Bénédicte Ménez, Valerio Pasini, Étienne Ruellan, Roger Searle
  3. (en) R. J. Stern, « Subduction zones », Rev. Geophys, vol. 40, no 4,‎ , p. 1012 (DOI 10.1029/2001RG000108).
  4. Isabelle Cojan, Maurice Renard, Sédimentologie, Dunod, , 35 p..
  5. André Louchet, Les océans. Bilan et perspectives, Armand Colin, , 29 p..
  6. Les dorsales qui entourent la plaque africaine devraient induire un régime de compression mais le grand rift est-africain montre que cette plaque est soumise à une extension.
  7. Les mécanismes au foyer profond dans les zones de subduction indiquent le plus souvent un mécanisme en extension.
  8. Les mesures permettent de conclure que les plaques rapides (à la vitesse de déplacement supérieure à 6 cm/an, telle que la plaque Pacifique) sont celles qui subductent et les plaques lentes (à la vitesse de déplacement inférieure à 4 cm/an, telle que la plaque Eurasie) sont celles qui ne subductent pas.
  9. Pierre Thomas, « La convection mantellique, moteur de la tectonique des plaques, si souvent évoquée, si souvent mal comprise », sur planet-terre.ens-lyon.fr, (consulté le 25 septembre 2018).
  10. (en) D.L. Turcotte, G. Schubert, Plate Tectonics. Geodynamics, Cambridge University Press, , p. 1–21.
  11. (en) R.M. Richardson, B.L. Cox, « Evolution of oceanic lithosphere: A driving force study of the Nazca Plate », Journal of Geophysical Research: Solid Earth, vol. 89, no B12,‎ , p. 10043–10052 (DOI 10.1029/JB089iB12p10043).

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes