Planète

Le manteau supérieur éjecté par les cratères

Dossier - Géologie : plongée dans le manteau supérieur
DossierClassé sous :géologie , Terre , manteau terrestre

-

Le manteau supérieur de la Terre est le théâtre de phénomènes magmatiques et de transformations rocheuses passionnants. Il est un objet d'étude privilégié pour comprendre la composition de la planète. Dans ce dossier, les scientifiques vous entraînent à bord de leurs navires, pour une plongée au cœur du manteau.

  
DossiersGéologie : plongée dans le manteau supérieur
 

Les basaltes et les kimberlites, quand ils remontent à la surface de la terre, sont à l'origine de phénomènes volcaniques, tels que  cratères d'explosion (avec projection de « maars ») et « pipes » de kimberlites. 

Cratère Quilotoa, Equateur. © Eric Schmuttenmaer, CC BY-SA 2.0
Ci-dessus, une partie de l’anneau pyroclastique du maar de Bou Ibalrhatene dans le Moyen-Atlas (Maroc). Chacune des couches du croissant résulte des retombées d’une explosion : la structure bréchique est bien visible à droite de la photographie. Les formations inférieures blanches sont des calcaires jurassiques. Les éléments du croissant pyroclastique sont, outre les calcaires, des fragments de granite hercynien, des péridotites et des pyroxénites à grenat du manteau supérieur. © Jacques Kornprobst

Les projections des cratères d’explosion : les « maars »

Au cours de leur progression vers la surface, les basaltes peuvent rencontrer l'eau des nappes phréatiques. La vapeur qui résulte de cette rencontre provoque de violentes explosions qui pulvérisent les roches du socle et du manteau supérieur. Les fragments rocheux sont projetés à plusieurs centaines de mètres de hauteur. En retombant, ils forment des anneaux pyroclastiques (ou croissants), qui cernent des cratères appelés « maars », et dont certaines couches sont riches en péridotites.

À côté de nombreux fragments de péridotites à spinelle, les anneaux pyroclastiques des maars contiennent parfois des pyroxénites à grenat, sans olivine, dont l'origine se situe à une soixantaine de kilomètres de profondeur. Ils livrent parfois des péridotites à grenat.

Les « pipes » de kimberlites : cheminées volcaniques profondément enracinées

Dans le passé (il n'y a pas d'exemple historique particulier), des magmas particulièrement riches en eau et en gaz carbonique se sont mis en place dans des domaines continentaux anciens (Afrique du sud, Sibérie, Canada, Australie, etc.). Le caractère très explosif de ces magmas « kimberlitiques » s'est traduit par la formation de « pipes » ou « diatrèmes », cheminées volcaniques remplies des débris arrachés au manteau et à la croûte par les explosions.

Ci-dessus, un modèle de pipe de kimberlite, basé sur divers exemples d’Afrique du sud et du Bostwana (inspiré en partie de Volker Lorenz). © DR
Le pipe de Kimberley en Afrique du sud, ancienne carrière ouverte d’extraction de kimberlite, roche riche en diamant. Seule la mine souterraine est encore en activité aujourd’hui. © Alan Woodland

Les fragments de manteau présents dans les brèches kimberlitiques sont presque toujours des éclogites (grenat + pyroxènes) et des péridotites à grenat. La répartition du fer, du magnésium et de l'aluminium entre les différents minéraux de ces roches, montre que beaucoup d'entre elles ont été équilibrées sous de très fortes pressions. D'après des mesures réalisées par Joe Boyd, sur des centaines d'échantillons d'Afrique du sud, du Bostwana et du Lesotho, certaines auraient été soumises à des pressions allant jusqu'à 8 GPa (correspondant à environ 250 km de profondeur). L'espèce minérale caractéristique associée aux kimberlites est le diamant, forme de haute pression du carbone.