Laves du point chaud d'Hawaï © gbartoli, Pixabay
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Des points chauds trop froids et un modèle géodynamique du manteau terrestre à revoir

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Une nouvelle étude remet en question l'origine profonde de certains points chauds grâce à une analyse de leur température : ils seraient plus froids que ce que l'on pensait.

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Les points chauds sont connus pour leur intense volcanisme ayant donné naissance à plusieurs îles comme Hawaï, l'archipel des Galapagos, celui des Canaries ou encore l'Islande. Ils sont associés à de grands panaches de matériel mantellique chaud remontant vers la surface. Au contraire du volcanisme de subduction, qui est situé en bordure de plaque lithosphérique, les volcans de points chauds sont souvent situés au plein milieu des plaques tectoniques. Les grands panaches, relativement fixes à l'échelle des temps géologiques, vont ainsi créer des chapelets d'îles volcaniques sur la plaque sus-jacente, qui elle, est mise en mouvement par le processus de la tectonique des plaques.

Fonctionnement d’un point chaud et naissance des îles volcaniques. © Los688, Wikimedia Commons, domaine public

Des magmas chauds nécessaires à une origine profonde

L'origine des panaches mantelliques des points chauds est généralement considérée comme très profonde dans le manteau terrestre, potentiellement à l'interface entre le manteau et le noyau externe. Une origine si profonde nécessite une température élevée du matériel pour permettre sa remontée. Ainsi, de précédentes recherches suggéraient que la température des magmas de points chauds était en effet 100 à 300 °C plus élevée que les magmas remontant au niveau des dorsales océaniques. Ces derniers ont en effet une origine peu profonde. Ils sont liés à la remontée de l’asthénosphère au niveau de la limite de plaque que représente la dorsale. La décompression des roches du manteau sous la dorsale engendre alors le processus de fusion partielle et la génération de magma. C'est ce processus qui donne naissance à la nouvelle croûte océanique, de manière continue.

La chaleur plus élevée des points chauds proviendrait de leur origine profonde, à l'interface avec le noyau externe, grand producteur de chaleur par désintégration radioactive. Cependant, une nouvelle étude, parue dans la revue Science, vient contredire cette image généralement admise. En effet, d'après les résultats de l'étude, de nombreux points chauds seraient bien plus froids que ce que l'on pensait. Or, qui remet en cause la température des magmas, remet aussi en cause leur origine.

Des points chauds trop froids

Dans l'article, les auteurs ont ainsi analysé les vitesses des ondes sismiques traversant les panaches mantelliques à l'origine des points chauds. Il faut rappeler que les vitesses des ondes sismiques sont fortement dépendantes de la densité du milieu traversé, ce paramètre étant notamment influencé par la température. Ainsi, la température d'un milieu peut être déduite par l'analyse des vitesses des ondes sismiques. Plus le milieu est froid, plus il est dense et plus les ondes se propagent rapidement en comparaison d'un milieu chaud, moins dense.

Encore plus étonnant, environ 15 % des points chauds seraient particulièrement froids

Les résultats de l'étude montrent ainsi que près de 45 % des points chauds ont une température de plus de 155 °C plus élevée que celle des dorsales, ce qui corrobore bien le modèle en vigueur. Mais, d'un autre côté, près de 40 % des points chauds ne serait plus chaud que de 50 à 136 °C par rapport aux dorsales océaniques. Des températures qui apparaissent trop basses pour permettre une remontée du matériel mantellique depuis la base du manteau. Encore plus étonnant, environ 15 % des points chauds seraient particulièrement froids, leur température étant seulement plus élevée de 36 °C par rapports aux magmas des dorsales.

Un modèle géodynamique à revoir

Il semble donc exister différents types de points chauds, classés en fonction de leur température. Pour mieux comprendre leurs origines, les chercheurs ont conduit une analyse isotopique de l'hélium sur des laves de différents points chauds. Ces analyses montrent que les points chauds les plus chauds comme Hawaï, l'Islande ou les Galapagos ont une origine plus profonde que les points chauds plus froids. Si les premiers correspondent bien au modèle d'un panache s'initiant profondément dans le manteau, les seconds auraient une origine bien moins profonde qui pourrait être située dans le manteau supérieur.

Vue classique de la dynamique d’un point chaud prenant son origine à l’interface noyau/manteau. © Christyyc, Wikimedia Commons, CC by-sa 4.0

Cette étude montre que la famille des points chauds serait plus diversifiée qu'on ne le pensait jusqu'à présent. Les résultats renforcent notamment une idée déjà soulevée précédemment par plusieurs scientifiques, qui suggèrent que le terme de « point chaud » ne correspondrait qu'à une minorité d'exemples et que le terme « d'anomalie de fusion » serait plus adapté pour les cas plus froids.

Aux géodynamiciens désormais de trouver un modèle thermique et convectif du manteau terrestre qui puisse rendre compte de ces nouveaux résultats.

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