Plaques tectoniques. © USGS, Wikimedia Commons, Domaine public
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Tectonique des plaques : une couche carbonatée sous la lithosphère océanique

ActualitéClassé sous :géophysique , manteau terrestre , tectonique des plaques

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[EN VIDÉO] La sismologie, le stéthoscope qui écoute le cœur de la Terre  « La Terre est opaque mais elle est transparente aux ondes sismiques » nous explique Jean-Paul Montagner, chercheur à l'IPGP (Institut de physique du Globe de Paris), en préambule de cette vidéo. Nous plongeons grâce à elle dans les entrailles de la Terre, pour y observer sa structure et comprendre l'origine des séismes. 

L'activité sismique et volcanique de notre Planète est permanente. Certains mécanismes de la tectonique des plaques échappent encore à la compréhension des chercheurs. Parmi eux, certains soupçonnent la présence d'une couche carbonatée sous la lithosphère océanique, régulièrement alimentée par des processus de subduction. L'existence de cet agent lubrifiant pourrait être un des mécanismes clé de la tectonique des plaques moderne.

La tectonique des plaques est rendue possible par le déplacement de la lithosphère sur l'asthénosphère via un découplage mécanique entre ces deux parties du manteau terrestre. Cette limite entre la lithosphère et l'asthénosphère correspond à une région de ralentissement de la vitesse des ondes sismiques (low-velocity zone, LVZ).

Ce ralentissement est généralement interprété comme le témoin de la présence de liquide produit par la fusion du manteau. Près des rides médio-océaniques (chaînes de montagnes sous-marines), l'origine du liquide peut être reliée à l'ascension de l'asthénosphère à l'aplomb de la ride. Loin des rides, par contre, la présence de liquide est plus difficile à expliquer compte-tenu du régime thermique, la température du manteau étant inférieure à son solidus, c'est-à-dire la température du début de la fusion.

Une nouvelle étude des chercheurs du laboratoire Magmas et Volcans (LMV - UCA/CNRS/IRD) associés à des équipes du Laboratoire Chrono-Environnement (Besançon), de l'UMET (Lille), de l'ISTO (Orléans) et du synchrotron européen ESRF, suggère la présence de carbonates fondus disséminés dans le manteau océanique, au niveau de la limite entre la lithosphère et l’asthénosphère.

Une couche carbonatée sous les océans

Les chercheurs ont réussi à reproduire expérimentalement les deux étapes d'introduction du carbone. La lithosphère porte, dans sa partie superficielle, des carbonates (sédiments ou altération des fonds océaniques). Lorsqu'elle vieillit, sa densité augmente et elle plonge dans le manteau (phénomène de subduction). Les carbonates sont réchauffés, ce qui conduit à leur décomposition, libérant du CO2 en profondeur. C'est la première étape d'introduction du carbone.

Lors de la deuxième étape, le CO2 est entraîné à de plus grandes profondeurs jusqu'à atteindre des pressions où la fusion intervient. Les carbonates fondus qui en résultent présentent une forte capacité d'infiltration et une grande mobilité qui permettent leur dissémination rapide sur de grandes distances. La zone imprégnée est limitée, d'une part, vers le haut par les réactions de décarbonatation (le CO2 est piégé dans la lithosphère et stabilisé) et, d'autre part, vers le bas par les réactions de réduction du carbone en graphite et diamant (voir figure ci-dessous).

Synthèse du modèle de migration des carbonates fondus. La zone de circulation du liquide est indiquée en vert clair. Au-dessus (couleur saumon), le carbone est stable sous forme CO2. En-dessous (vert foncé) le carbone est réduit en graphite / diamant. © T. Hammouda, Laboratoire Magmas et Volcans (LMV)

La composition de certaines laves produites en contexte océanique (rides avortées fossiles, petits spots, métasomatisme de points chauds), qui présente des carbonates fondus ou des traces d'un processus les impliquant, corrobore la proposition d'existence d'un niveau enrichi en carbone à l'échelle globale sous les océans. Étant donné la datation des premiers sédiments carbonatés et des débuts de la tectonique des plaques dite « moderne », aux alentours de 3 milliards d'années, les chercheurs font l'hypothèse que l'existence d'une telle couche carbonatée pourrait avoir été à l'origine de la stabilisation de cette tectonique des plaques moderne.

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