L'eau pénètre dans le manteau au niveau des zones de subduction et influence notamment le magmatisme qui a lieu en surface. © ead72, Adobe Stock
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Quand le manteau de la Terre prend l’eau !

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Les zones de subduction sont des régions clés pour la tectonique des plaques. Sources d'un intense volcanisme et de violents tremblements de terre, les zones de subduction mettent en jeu de nombreux processus dans lesquels l'eau joue un rôle majeur. Une nouvelle étude vient de montrer que la quantité d'eau absorbée par le manteau au niveau des zones de subduction serait d'ailleurs plus importante qu'on ne le pensait.

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[EN VIDÉO] Comment se forme le magma avant une éruption volcanique ?  Le magma est à l'origine de la formation des volcans. Cette roche en fusion, qui bouillonne dans le cratère, provient d’une fusion partielle du manteau de la Terre. Futura a rencontré Jacques-Marie Bardintzeff, docteur en volcanologie, qui raconte l'origine du magma. 

L'un des grands mécanismes participant à la tectonique des plaques est la subduction, qui voit une plaque lithosphérique passer sous une autre plaque pour être recyclée au sein du manteau. Les zones de subduction sont généralement associées à un intense volcanisme, souvent de type explosif. De plus, la plupart des chaînes de montagnes actuelles, comme les Alpes ou l'Himalaya, résultent d'une collision continentale qui a suivi la fermeture d'un océan par le jeu d'une zone de subduction. Ces chaînes de montagnes renferment ainsi de nombreux indices qui permettent d'étudier, de manière indirecte, le mécanisme complexe des zones de subduction.

Le manteau absorbe de grandes quantités d’eau au niveau des zones de subduction

Les paramètres sont en effet nombreux à entrer en jeu et leurs variations font de chaque zone de subduction un système dynamique unique.

Schéma d’une subduction montrant la plaque plongeante (le slab) et la zone de fusion partielle dans la plaque supérieure menant à la formation d'un arc volcanique. © Wikimedia Commons, USGS

L'un de ces paramètres est l'eau. Il s'agit en effet d'un élément essentiel qui va impacter directement la capacité de fusion du manteau et de la croûte, mais également le comportement du magma lors de la remontée et la formation de divers gisements de minerais.

L'on sait depuis longtemps que les zones de subduction représentent des environnements très hydratés. En plongeant dans le manteau, la plaque en subduction entraîne avec elle une énorme quantité de sédiments océaniques gorgés d'eau. Cette eau va venir hydrater de manière très significative les roches du manteau et influencer directement la formation de magma. Les roches volcaniques émises par les volcans en surface portent ainsi la signature de cette hydratation, qui va également déterminer le style éruptif. Plus les laves sont hydratées, plus les éruptions sont explosives. Cela explique pourquoi les éruptions les plus destructrices sont généralement localisées au niveau de zones de subduction.    

Le Hunga Tonga dont l'explosion a été particulièrement violente est un volcan associé à une zone de subduction. © Nasa

Retrouver la teneur initiale en eau d’un magma, une problématique compliquée

Jusqu'à présent, l'analyse des roches volcaniques suggérait que le manteau, dans ce contexte de subduction, contenait environ 4 % d'eau (par unité de poids). Une nouvelle étude vient cependant questionner cette valeur, en avançant l'idée que la signature présente dans les roches volcaniques ne serait pas représentative de la teneur réelle en eau du magma initial. Pour les auteurs de l'étude parue dans Nature Geoscience, il apparaît en effet vraisemblable que certains processus - soit au moment de la remontée rapide du magma, soit à son arrivée en surface - masquent en quelque sorte la teneur en eau originelle du liquide magmatique.

Basaltes largement altérés. © Michael Grund, imaggeo.egu.eu

Pour essayer de retrouver la valeur exacte de la quantité d'eau, l'équipe de chercheurs s'est intéressée à un certain type de roches magmatiques, les plutons, qui contrairement aux roches volcaniques ne cristallisent pas en surface mais en profondeur, au sein de la croûte. Une nouvelle méthode d'analyse a de plus été développée afin d'étudier la composition d'échantillons de roches plutoniques provenant des montagnes himalayennes et mises à l'affleurement au gré de la déformation tectonique que subit cette immense zone de collision.

Un manteau plus hydraté que ce que l’on pensait

Les cristaux de ces roches montrent ainsi beaucoup moins de signes d'altération que les roches volcaniques, exposées aux éléments en surface. Leurs résultats montrent au final que ce n'est pas 4, mais plus de 8 % d'eau (en poids) que contiendrait le magma avant sa cristallisation.

Ces résultats permettent également de mieux comprendre la formation des dépôts de cuivre, d'or ou d'argent, qui requiert une importante quantité d'eau. Les 4 % précédemment estimés ne suffisaient pas pour expliquer la formation de gisements de minerais. Le problème est désormais résolu. Ces dépôts de minerais se formeraient ainsi à partir de fluides magmatiques très riches en eau (de 12 à 20 %) qui se seraient séparés du magma initial au moment de sa cristallisation. Comprendre la génération de ces liquides magmatiques super-hydriques représente donc un intérêt majeur pour la recherche de nouveaux gisements.


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