Coulées de carbonatites refroidies du volcan Ol Doinyo Lengaï, Tanzanie. © Thomas Kraft, Kufstein, CC by-sa 3.0
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L'origine mystérieuse des étonnantes laves carbonatées du Lengaï dévoilée

ActualitéClassé sous :Volcanologie , Géologie , Pete Burnard

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Les carbonatites sont d'étranges laves qui bien que très rares existent à la surface de la Terre depuis des milliards d'années. Un seul volcan actif connu les produit encore en Tanzanie, l'Ol Doinyo Lengaï. On comprend mieux l'origine de cet étonnant volcanisme issu du manteau de notre Planète bleue. Elle est liée à la subduction de carbonates marins.

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Au milieu des années 1990, les regrettés volcanologues Maurice et Katia Krafft ont projeté un film à leurs collègues lors d'un colloque en leur demandant d'essayer de deviner d'où provenaient les images et ce qu'elles représentaient. Si l'on n'est pas particulièrement passionné de volcans, au-delà des images qui s'imposent dans l'actualité comme au moment des éruptions du Bardarbunga et de l'Eyjafjöll en Islande ou à Hawaï cette dernière décennie, on peut se faire une idée de leur probable perplexité en regardant la vidéo ci-dessous.

Un volcan extraterrestre ? © Marc -Volcano- Szeglat

Ne faisons pas durer le suspense, elle a été prise au sommet de l'Ol Doinyo Lengaï, un volcan de la vallée du rift est-africain, au nord de la Tanzanie. Son nom signifie « Montagne de Dieu » dans le langage des tribus Massaï qui peuplent la région. Il s'élève à plus de 2.000 mètres au-dessus du sol de la vallée jusqu'à une altitude approximative de 2.886 mètres. Croyez-le ou non mais ce qui semble être des coulées de boues sont en réalité des coulées de laves que l'on appelle des natrocarbonatites. Elles sont extrêmement fluides car leur viscosité est tout aussi extrêmement faible. Elles ne sont pas incandescentes et pour cause, leurs températures sont comprises entre 540 à 593 °C alors que des coulées basaltiques ont des températures d'au moins 1.100 °C.

Des laves constituées de carbonates de calcium

On l'aura sans doute deviné, les laves émises par l'Ol Doinyo Lengaï sont très rares à la surface de la Terre, tout comme celles appelées carbonatites dont elles sont une variété. On connaît tout de même environ 330 affleurements de ces roches comportant plus de 50 % de minéraux carbonatés. Et si l'Ol Doinyo Lengaï est le seul volcan actif connu qui émet actuellement des carbonatites, on peut trouver des traces de ce volcanisme dans de rares enclaves dans le Massif central ainsi que presque au milieu du fossé rhénan, plus précisément au Kaiserstuhl (littéralement, le « trône de l'empereur »), un volcan complexe dont l'âge est compris entre 16 à 18 millions d'années et qui est situé entre Colmar et Freiburg.

L’Ol Doinyo Lengaï survolé en drone en 2018. © Patrick Marcel

Les géologues s'occupant de géochimie et de magmatisme s'interrogent sur les origines des carbonatites depuis un certain temps car ce ne sont pas des calcaires métamorphisés comme on l'a cru un temps. Les natrocarbonatites du Lengaï sont constituées de carbonates de sodium composés principalement de deux minéraux : la nyerereite Na2Ca(CO3)2 et la gregoryite (Na2,K2,Ca)CO3.

Noires ou marron foncé, ces laves blanchissent en seulement quelques heures au contact de l'eau et en quelques jours lorsque l'eau de l'atmosphère réagit avec les deux carbonates sodiques et potassiques.

Futura avait expliqué il y a quelques années, dans le précédent article ci-dessous, que les chercheurs avaient progressé en direction de l'élucidation de l'énigme de l'origine des carbonatites. Aujourd'hui, ils vont un cran plus loin comme on peut le voir dans un article publié dans Science Advances par une équipe de l'Institut de physique du globe de Paris (Université de Paris, IPGP, CNRS) en compagnie de collègues de l'École normale supérieure de Lyon, de l'université de Lisbonne, de l'université de Johannesburg et de l'université de Californie à San Diego.

Vous avez toujours rêvé de marcher au sommet de l’Ol Doinyo Lengaï  ? C'est possible grâce à cette vidéo. © Lydéric France

Des laves issues de la fusion de carbonates marins

Il semble bien aujourd'hui que comme bien des roches magmatiques, les carbonatites sont issues de la fusion partielle du manteau de sorte que les laves qui s'épanchent en surface peuvent nous donner des indications sur la nature des roches qui le composent. Pour les faire parler, il est possible d'utiliser les méthodes de la géochimie et en particulier celle de la géochimie isotopique qui dispose de véritables marqueurs pour suivre les cycles des matériaux dans l'usine chimique que constitue la Terre.

En l'occurrence, les chercheurs de l'IPGP ont mis au point une nouvelle méthode de géochimie isotopique concernant les isotopes du calcium présent aussi bien dans les laves prélevées au sommet du Lengaï qu'à d'autres endroits sur Terre. Au total, 73 échantillons de carbonatites venant par exemple des îles océaniques de Fuerteventura (îles Canaries), de Norvège (Fen) ou encore du Brésil (Jacupiranga) ont été analysés avec cette nouvelle méthode.

Elle a révélé que ces roches ignées devaient très probablement provenir de la fusion partielle d'un manteau riche en carbonates recyclés par la subduction de la lithosphère océanique, car la composition isotopique en calcium des carbonatites était typique des carbonates marins.

Les datations des roches montrent également que ce recyclage est à l'œuvre depuis au moins trois milliards d'années en raison de la tectonique des plaques. C'est un résultat qui confirme au passage son ancienneté même si elle était sans aucun doute différente il y a plus de deux milliards d'années, comme l'atteste la quasi-disparition d'autres laves mythiques, les komatiites.

  • Les carbonatites sont d'étranges laves qui bien que très rares existent à la surface de la Terre depuis des milliards d'années.
  • Elles sont extrêmement fluides car leur viscosité est tout aussi extrêmement faible. Elles ne sont pas incandescentes et pour cause, leurs températures sont comprises entre 540 à 593 °C alors que des coulées basaltiques ont des températures d’au moins 1.100 °C.
  • Un seul volcan actif connu les produit encore, en Tanzanie, l'Ol Doinyo Lengaï. Mais on connaît des centaines de sites où trouver de vieilles carbonatites.
  • Ces roches ignées semblent provenir de la fusion partielle d’un manteau riche en carbonates recyclés par la subduction de la lithosphère océanique car la composition isotopique en calcium des carbonatites est typique des carbonates marins.
Pour en savoir plus

Les étonnantes laves carbonées du Lengaï dévoilent le manteau terrestre

Article de Laurent Sacco publié le 11/05/2009

La Montagne des dieux vient de parler. Le célèbre volcan de Tanzanie, Ol Doinyo Lengaï, a fini par livrer une partie de ses secrets à un groupe de chercheurs internationaux. On comprend mieux l'origine de ses laves aussi fluides que le pétrole et particulièrement riches en carbone, qu'il est le seul volcan connu au monde à émettre.

Prenez une carte de l'Afrique, dirigez-vous, par exemple avec Google Map, vers la branche sud-est du rift africain en Tanzanie. Vous vous trouverez alors dans la région d'un volcan célèbre, le Kilimandjaro, non loin des gorges d'Olduvai, connues pour être le « berceau de l'humanité ». C'est en effet dans ses gorges que les Leakey ont découvert bon nombre de fossiles et de traces d'Australopithecus boisei.

Pas très loin encore, on trouve le fabuleux lac Natron mais surtout l'un des plus extraordinaires volcans de la planète, l'Ol Doinyo Lengaï, la Montagne des dieux en langue Masaï.

Ce volcan, dont les images fantastiques ramenées initialement par Maurice et Katia Krafft ont beaucoup fait pour assurer la renommée, crache périodiquement des laves presque exemptes de silice et très riches en CO2, les carbonatites. Contenant environ 30% de CO2, ces laves noires font éruption à seulement 540°C, alors que les autres types de laves sont liquides à 800°C, voire 1.200°C. En se refroidissant au contact de l'air, elles donnent rapidement des roches blanchâtres.

Le Lengaï est le seul volcan connu actuellement produisant des éruptions accompagnées d'émissions de carbonatites. Ces laves sont rarissimes mais on en connaît quand même plusieurs centaines d'affleurements dans le monde dont certains dans le Massif central et en Alsace, plus précisément dans le Kaiserstuhl, un volcan complexe du Bade-Wurtemberg.

Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». ©

En provenance directe du manteau

De telles laves si paradoxales ne peuvent qu'éveiller la curiosité des géochimistes et des spécialistes des processus magmatiques. Pour expliquer leur origine, fallait-il faire intervenir de grandes différences de composition chimique dans le manteau sous le rift africain, dans la région du lac Natron et du Kilimandjaro, ou simplement des différences dans les processus magmatiques ?

Pour le savoir, une équipe internationale (France-Etats-Unis-Tanzanie) dirigée par Pete Burnard et Bernard Marty, géochimistes au Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques (CRPG) de Nancy a réussi à prélever des échantillons de gaz exceptionnels lors d'une récente éruption au Lengaï. Le bilan des analyses géochimiques que les chercheurs ont effectuées vient d'être publié dans un article de Nature.

Panoramique du cratère. Les différents édifices sont des cônes d'éjectas (spatter cones). Les coulées de carbonatites, originalement noires, blanchissent en quelques jours par hydratation au contact de l'atmosphère. © CRPG (INSU-CNRS), Photo : B. Marty

Là encore, les méthodes isotopiques de la géochimie ont montré leur efficacité et l'on sait désormais que le CO2 contenu dans les carbonatites du Lengaï provient directement d'un manteau sous-jacent au rift est-africain, semblable à celui que l'on retrouve sous les rides médio-océaniques. Le manteau supérieur semble bel et bien uniforme du point de vue chimique, comme le prédisaient d'ailleurs les modèles de convection, qui montraient son brassage efficace. La richesse en CO2 de ces laves, donnant des roches composées principalement de deux minéraux, la nyerereite (Na2Ca(CO3)2) et la gregoryite ((Na2,K2,Ca)CO3), semble donc liée à un processus de fusion particulier du manteau sous le rift.

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