Les dorsales océaniques

Formation d'une dorsale

Les continents actuels résultent de la fragmentation d'un continent unique, la Pangée. Cette fragmentation s'est faite au niveau des actuelles dorsales océaniques par le phénomène de rifting.

Actuellement, des océans en cours de formation, comme c'est le cas en Mer Rouge, présentent les différentes étapes de formation d'une dorsale. Ces étapes sont au nombre de deux :

1. Le stade rift continental
2. Le stade océan jeune

Le stade rift continental
C'est le premier stade de la formation d'un océan. Il se caractérise par :

• un effondrement central bordé par des reliefs, comme en Afar (Ethiopie) actuellement. Ce fossé est dissymétrique et bordé par de grandes failles
• une remontée du manteau

En remontant le manteau amincit la croûte terrestre qui finira par se rompre. Cette rupture va provoquer des éruptions volcaniques qui mettront en place les roches qui consistueront le fond du futur océan (des basaltes).
L'amincissement de l'ensemble de la croûte continentale ainsi que la présence de failles normales indiquent l'existence d'une tectonique en extension. La durée de ce phénomène, appelé rifting, peut être déterminée et datée précisément à l'aide des sédiments déposés sur le socle continental. On peut ainsi reconnaître trois types de dépôts :

• les sédiments qui constituent le sommet des blocs basculés et qui sont antérieurs au rifting (sédiments ante-rifting)
• les sédiments disposés en éventails au-dessus des blocs entre deux failles actives qui attestent d'un dépôt accompagnant le basculement des blocs. Ces sédiments sont contemporains de la phase d'extension (sédiments syn-rifting)
• les sédiments qui recouvrent l'ensemble sans être déformés. Ils sont postérieurs au basculement des blocs (post-rifting)

La datation de ces sédiments, faite à l'aide des fossiles qu'ils contiennent, permet de dater le début et la fin du phénomène de rifting et donc de déterminer sa durée. Cette durée est généralement de l'ordre de 10 à 15 millions d'années.

Le stade océan jeune
Cet étirement de la croûte terrestre permet la mise en place de basalte par une succession d'éruptions volcaniques. Les deux bords du jeune océan vont progressivement s'éloigner l'un de l'autre.

Fonctionnement d'une dorsale

La structure thermique des dorsales
Les dorsales sont caractérisées par un flux thermique élevé. Les relevés sismiques faits à l'aplomb des dorsales montrent l'existence d'un manteau plus chaud que la normale. On peut donc considérer que les dorsales sont des zones de remontée de péridotite asthénosphérique chaude (la péridotite est la roche constituant le manteau terrestre).

Remontée mantellique et magmatisme des dorsales
Dans des conditions normales de pression et de températures, la péridotite est une roche solide. Cependant, au niveau des dorsales, la remontée du manteau modifie ces conditions, ce qui permet à la péridotite de fondre. Cette fusion est appelée "fusion partielle" car seule une partie de la péridotite fond.
Plus la remontée de l'asthénosphère chaude est importante, plus le géotherme croise le solidus et plus la fusion partielle est importante. Donc le pourcentage de péridotite qui subit la fusion est plus important.

La fusion partielle de la péridotite donne naissance à des magmas basiques (type basaltique). Etant donné que seule une fraction de la roche mantellique fond, ces magmas n'ont pas la même composition chimique que la roche d'origine et il existe un résidu de fusion qui est une péridotite appauvrie en certains éléments.

Les dorsales forment un gigantesque système volcanique, en relief par rapport au fond des océans (les crêtes volcaniques ne sont qu'à 2500 m de profondeur alors que les fonds des océans se situent en moyenne à 4000 m). Son développement total est de 60 000 km environ !

Elle émerge parfois, donnant naissance en particulier à l'Islande, un endroit où l'on voit facilement la ride médio-atlantique s'ouvrir, de 2 à 3 cm par an en moyenne (la vitesse moyenne d'écartement d'une dorsale peut aller jusqu'à 16 cm pour la dorsale est-pacifique).

En raison des hautes pressions, les éruptions sont uniquement calmes et effusives. Les coulées apparaissent sous la forme de boules de plusieurs dizaines de centimètres de diamètre, en coussins (pillow-lavas en anglais). Chaque année plus de 20 km³ de magma sont produits des différents centres émissifs. Ce volcanisme, de loin le plus important et le plus productif de la planète, est malheureusement le plus méconnu : chercher une éruption en cours sur les 60 000 km de dorsale revient à chercher une aiguille dans une meule de foin, et personne n'a encore eu la chance de tomber en pleine activité éruptive, à ces profondeurs. La rencontre de l'eau et du feu ne peut que s'imaginer à travers les vestiges passés de telles activités lorsque des pillow-lavas sont mis à jour.

Evolution du couple lithosphère océanique/asthénosphère
L'eau océanique froide pénètre dans la croûte océanique par les failles et se réchauffe à proximité de la chambre magmatique. L'eau réchauffée remonte alors vers la surface à des températures élevées.
Cette circulation hydrothermale permet un refroidissement de la croûte océanique. En outre, elle modifie la composition chimique et minéralogique des roches (les minéraux s'hydratent). L'altération qui en résulte entraîne des réactions chimiques qui modifient les propriétés de cette eau de mer et aboutissent à sa transformation en un fluide chaud, très acide et chargé en éléments métalliques(Mn, Cu, Zn, Fe). De retour en surface, ce fluide hydrothermal précipite des sulfures polymétalliques en se refroidissant, en formant des fumeurs noirs.

Par conséquent, on a successivement les réactions :

1. eau de mer + chaleur + roche basaltique = fluide corrosif (H2S + métaux dissous) + roche altérée par hydratation des minéraux
   
   Les minéraux ferromagnésiens des basaltes et gabbros sont transformés en serpentinite (silicate hydraté de fer et de magnésium de couleur verdâtre). Cette transformation des minéraux est une altération (on parle de métamorphisme hydrothermal car cette altération se fait à cause d'une circulation d'eau chaude dans la roche)
2. fluide corrosif - chaleur = sulfures polymétalliques +2H+
   Ces dépôts sulfurés, ou des minerais, sont les équivalents modernes de nombreux gisements métallifères anciens, bien connus sur les continents.

Au fur et à mesure de l'expansion océanique, la croûte et l'asthénosphère se refroidissent. Le sommet de l'asthénosphère se transforme en manteau lithosphérique. Il en résulte un épaississement de la lithosphère. L'augmentation de masse de la lithospère, plus dense que l'asthénosphère, aboutit à son enfoncement dans le manteau entraînant un approfondissement des océans.

En savoir plus

Liens

• Volcanisme et risques

L'auteur

• Eric Reiter, diplomé en géologie (voir son site)