DECORTIQUAGES

Les dorsales océaniques décortiquées

CNRS

Avec le concours de Mathilde Cannat, Yves Lagabrielle, Benoît Idefonse, Daniel Sauter, 

La plus longue chaîne de hauts reliefs sur Terre nous est presque inaccessible. Elle serpente autour du globe sur environ 60 000 km par près de 3 000 m de profondeur à l’axe des océans Atlantique, Pacifique, Indien, Austral. Ce sont les dorsales océaniques.

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Les satellites altimétriques en détectent l’existence et permettent de les cartographier à grande échelle malgré l’épaisse couche d’eau océanique qui les cache. Pour obtenir des cartes plus précises, il faut mobiliser des bateaux océanographiques et procéder à des relevés bathymétriques de détail et à des explorations sur place en submersibles habités ou non.

Les dorsales océaniques ont un rôle majeur dans la dynamique terrestre. C’est par elles qu’une grande partie de la chaleur interne de la Terre s’évacue et que se construit la croûte océanique. C’est à leur niveau que les plaques tectoniques s’agrandissent, se renouvellent et divergent.

L’accrétion océanique

Lors d’un événement comme le séisme de Tohoku, survenu au Japon en mars 2011, qui a dépassé la magnitude 9, nous percevons bien la puissance de la dynamique terrestre. Mais en dehors de telles catastrophes notre planète nous paraît bien tranquille. Pourtant dans ses profondeurs, elle ne cesse de bouger sans fortes secousses à l’échelle des décennies, du quotidien, de la seconde.

Les roches du manteau, bien que solides, se déplacent lentement à la vitesse de quelques centimètres par an, les plus profondes qui sont aussi les plus chaudes et les moins denses cherchant à remonter vers la surface. Ces matériaux chauds forment des courants ascendants à l’intérieur du manteau. Lorsqu’ils arrivent à proximité de la surface, vers 100 km de profondeur, les roches (péridotites) fondent partiellement sous l’effet de la baisse de la pression et les magmas basaltiques qui apparaissent ainsi se rassemblent sous les dorsales et forment des chambres magmatiques, ponctuelles (Atlantique) ou continues (Pacifique). Ils tentent de gagner la surface par des fissures et lorsqu’ils y parviennent, s’épanchent sur les fonds marins.

Par près de 3 000 mètres de profondeur, la lave basaltique se répand, sans manifestation apparente, en coulées ou en une accumulation de tubes qui se solidifient rapidement : ce sont les laves en coussin (pillow lava). Plus en profondeur, le magma qui n’atteint pas le plancher océanique se refroidit plus lentement, des minéraux se forment et s’imbriquent les uns dans les autres, sans verre, la roche cristalline correspondante s’appelle gabbro. Cet ensemble magmatique formé au sein des dorsales par la superposition de laves basaltiques, de filons et de gabbros, constitue la croûte océanique.

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Dorsales lentes et dorsales rapides

Selon les océans et les régions du globe, ce processus d’accrétion est plus ou moins vigoureux. Certaines dorsales sont rapides (le taux d’expansion y atteint 6 à 16 cm/an), par exemple celle du Pacifique, d’autres sontlentes, comme la dorsale Atlantique (taux d’expansion de 2 à 3 cm par an), voir ultra-lentes (Océan Sud-Ouest Indien).

Selon que les  dorsales sont lentes ou rapides leur topographie diffère. Les dorsales rapides ont une forme en dôme, haut de quelques centaines de mètres. Les dorsales lentes sont marquées par une vallée centrale large de 5 à 20 km, le rift axial, percée de volcans et bordée de failles. Le dénivelé peut atteindre 2 000 mètres. La tectonique à l’axe de la dorsale se manifeste par une activité sismique jusqu’à 8km de profondeur. Localement, lorsque la production de magma est faible,  des roches du manteau, les péridotites, sont portées à l’affleurement. On distingue maintenant deux types de dorsales lentes, les dorsales lentes symétriques riches en magma, et lesdorsales lentes asymétriques avec exhumation du manteau.

Ainsi, alors que au début de la tectonique des plaques on pensait que des laves volcaniques recouvraient l’ensemble du fond des océans, on a désormais une vision moins absolue.  Par le jeu de failles actives, des roches du manteau, altérées par l’eau de mer, et plus ou moins recouvertes de sédiments, constituent une partie du fond des océans.

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Sources hydrothermales et oasis de vie

Depuis cinquante ans, de nombreuses expéditions scientifiques ont permis d’étudier les dorsales. C’est lors de telles expéditions et grâce à la technologie américaine et française des submersibles habités (Alvin, puis Cyana et Nautile) que les célèbres fumeurs noirs, entourés d’organismes insoupçonnés aux grandes profondeurs ont été découverts en 1978 sur la dorsale des Galapagos.

Ces fumeurs révèlent l’activité de cellules de convection hydrothermale dans la croûte océanique à l’axe des dorsales : l’eau de mer s’infiltre par de nombreuses fractures, se réchauffe en profondeur au contact des roches magmatiques très chaudes et forme alors un fluide chaud très corrosif. Ce fluide dissout les roches et se charge en différentes substances dont les métaux (cuivre, zinc, fer, manganèse, …) qui précipitent en concrétions de sulfures métalliques aux points de résurgence.

Ces fluides chargés en métaux, en soufre, mais aussi en gaz comme l’hydrogène ou le méthane, permettent le développement d’une vie microbienne de l’extrême : des bactéries capables d’utiliser ces substances chimiques pour leur métabolisme. Ces bactéries sont la base des écosystèmes complexes des sources hydrothermales. Ainsi, malgré l’absence de lumière et donc de photosynthèse, les sources hydrothermales des dorsales sont de véritables oasis de vie dans les grandes profondeurs.

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