Mobilis in Mobile* : Suivre les mouvements des panaches mantelliques en cartographiant leurs anomalies de température le long des rides médio-océaniques

Résultat scientifique Terre Solide

* Formule du Nautilus dans le roman Vingt mille lieues sous les mers de Jules Verne

L’histoire de la Terre est marquée par des cycles de construction-destruction de supercontinents, au cours desquels les continents ont été morcelés entre des océans naissants puis ré-assemblés. Tracer ces mouvements de plaques tectoniques de surface et comprendre leur lien avec la dynamique mantellique profonde implique d’avoir à disposition des « bornes fixes », ou référentiels. Les panaches mantelliques du domaine Atlantique, qui sont des zones de remontée de matériel mantellique chaud considérées comme ancrées à la base du manteau, sont classiquement utilisés pour reconstituer ce puzzle continental car ils laissent une trace (chapelets d’îles volcaniques ou trace de point chaud) sur les plaques en mouvement. Une équipe internationale1 montre dans une étude publiée dans Nature Communications que certains de ces panaches, comme celui des Açores, ont en fait une mobilité équivalente à celle des plaques Africaine et Nord-Américaine, questionnant de facto l’utilisation de ces bornes pour suivre la dérive des continents au cours de temps géologiques... Pour la première fois cette question est abordée de façon globale, à travers l’enregistrement en température de basaltes mis en place le long de la ride médio-Atlantique et par l’utilisation de modèles numériques 3D haute résolution couplant mouvements mantelliques et tectonique des plaques.

  • 1. Constituée notamment de chercheurs du Laboratoire de géologie de l’Ecole Nationale Supérieure de Paris (LG-ENS, ENS Paris / PSL / CNRS) et de Géosciences Environnement Toulouse (GET, Université Toulouse III / IRD / CNRS)

L’alignement et l’âge de chapelets d’îles volcaniques océaniques telles que l’archipel hawaiien (ou traces de point chaud) sont exploités depuis les années 60 pour reconstituer les mouvements passés de la surface par rapport à des panaches mantelliques fixes dont ces îles forment la trace en surface. Ces modèles dominent actuellement le monde de la géodynamique, et permettent de reconstituer les mouvements de plaques tectoniques à l’échelle des temps géologiques. Néanmoins, des données chronologiques et pétrologiques acquises le long de traces de points chauds de l’Océan Pacifique ébranlent le paradigme de fixité des panaches mantelliques, remettant en question ces modèles de mouvements passés de la surface. Dans le domaine Atlantique, l’immobilité des panaches mantelliques n’a cependant jamais été questionnée, du fait d’incertitudes trop larges concernant l’âge et la paléo-position des traces points chauds situés de part et d’autre de la dorsale médio-Atlantique.

Modèle numérique de convection mantellique générant de façon spontanée de la tectonique des plaques en surface. Les limites de plaques sont représentées par les lignes noires. Les panaches mantelliques, par les isothermes orangés. Les continents, par les plages de couleur violette. L’encart montre l’étalement asymétrique de la trace thermique d’un panache mobile (dont le mouvement est indiqué par la flèche blanche) sous une dorsale. Les flèches noires représentent les vitesses des plaques en surface.

Une étude récente utilise une approche différente pour imager la dérive des points chauds. Elle est basée sur la détection de leur anomalie thermique proche de la surface et permet de s’affranchir des incertitudes précédemment soulevées. Les auteurs ont cartographié directement les variations en température du manteau situé sous la dorsale médio-Atlantique en utilisant la chimie des basaltes émis par ces dorsales. Cette approche in situ permet d’échantillonner à très haute résolution le manteau ambiant, en s’affranchissant des effets de « filtre » liés aux quelques kilomètres de croûte océanique recouvrant normalement ce dernier et perturbant sa signature pétrologique. Cette analyse a notamment mis en évidence la présence d’une large anomalie thermique mantellique dissymétrique au niveau du point chaud des Açores, s’étendant sur 2000 km au Sud de l’archipel et sur 600 km au Nord de celui-ci.

L’utilisation de modèles globaux de convection mantellique générant de façon dynamique de la tectonique des plaques et des panaches mantelliques mobiles dont les caractéristiques sont comparables aux observations terrestres ont été utilisés pour comprendre l’origine de l’asymétrie de cette anomalie (cf figure ci-dessus). L’analyse cinématique des mouvements relatifs entre panaches mantelliques interagissant avec une dorsale et plaques tectoniques a révélé que cette asymétrie est liée à la dérive du panache des Açores vers le Nord, depuis plusieurs dizaines de millions d’années, à une vitesse supérieure à 1 cm/an, et donc au moins équivalente au mouvement de la plaque Africaine. Ce mouvement absolu du panache des Açores impose de redéfinir sa trace en surface. Celle-ci comprendrait les monts sous-marins de Great-Meteor et de Corner-Rise situés de part et d’autre de la dorsale médio-Atlantique, au Sud de l’archipel des Açores.

La cartographie thermique du manteau au niveau des dorsales couplée à une analyse des mouvements de panaches mantelliques au sein de modèles géodynamiques globaux de haute résolution est très importante car elles pourraient permettre de mieux tracer la dérive de ces points chauds au cours des temps géologiques, dans le but d’améliorer les reconstructions de la tectonique des plaques basée sur le référentiel absolu des points chauds. Cette étude révèle aussi l’image d’un manteau supérieur thermiquement très hétérogène car quadrillé par les anomalies thermiques laissées par les panaches mantelliques.

Source

Maëlis Arnould, Jérôme Ganne, Nicolas Coltice & Xiaojun Feng. Northward drift of the Azores plume in the Earth’s mantle. Nature Communications (2019). doi : 10.1038/s41467-019-11127-7

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