Les dorsales océaniques désignent des chaînes de montagne sous-marines. Elles parcourent tous les bassins océaniques et jouent un rôle important dans la tectonique des plaques. © Wikipedia
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Dorsales lentes, dorsales rapides : quelles différences ?

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Les dorsales océaniques représentent des limites de plaques tectoniques divergentes, identifiables par leurs longues chaînes de monts sous-marins qui parcourent les différents océans de la planète telles de grandes cicatrices.

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La croûte océanique se forme de part et d'autre de ces dorsales à des vitesses (taux d'accrétion) très variables : de 16 cm/an pour la dorsale la plus rapide dans le Pacifique, à moins de 2 cm/an pour les plus lentes, dans l'océan sud-ouest Indien par exemple. Mais à quoi sont dues ces différences ? Quels sont les impacts de ces taux d'accrétion sur la morphologie des dorsales et sur la genèse de la croûte océanique ?

Dorsales océaniques : taux d’accrétion et morphologie

Les dorsales océaniques ont été découvertes de manière fortuite en 1850 lors des premières études bathymétriques effectuées pour la pose des câbles télégraphiques sous-marins transatlantiques. Aujourd'hui largement cartographiées et étudiées, les dorsales forment un réseau totalement interconnecté s'étendant sur 70.000 kilomètres à travers les océans de la Terre. Chaîne plus ou moins continue de monts sous-marins, les dorsales s'élèvent d'environ 1.500 mètres au-dessus de la plaine abyssale (qui gît à -4.000 mètres environ). Leur zone axiale est le lieu d'une intense activité sismique, tectonique, volcanique et hydrothermale et représente le siège de la création de la nouvelle croûte océanique. Une fois formée à l'axe de la dorsale, la nouvelle croûte va être poussée de chaque côté pour laisser la place à du nouveau matériel crustal. Ce processus de formation est relativement continu et s'appelle « l'accrétion océanique ». Cependant, les taux d'accrétion peuvent être extrêmement variables d'une dorsale à une autre et également entre les différents segments d'une même dorsale. Ces taux d'accrétion, ou taux d'ouverture, sont déterminés grâce à l'analyse des anomalies magnétiques enregistrées dans les laves.

Trois groupes de dorsales sont ainsi définis : les dorsales rapides (comme la dorsale Est-Pacifique) dont le taux d'ouverture est compris entre 8 et 16 cm/an, les dorsales intermédiaires (comme la dorsale Médio-Atlantique) dont le taux est autour de 6 cm/an, et les dorsales lentes à ultra-lentes (comme la dorsale Sud-Ouest-Indienne) dont le taux se situe entre 3 et 0,5 cm/an. Le profil bathymétrique, et plus particulièrement la morphologie de la dorsale, varie en fonction de ces taux d'accrétion. Les dorsales rapides ont une morphologie bombée et relativement lisse, avec une vallée axiale peu marquée. Le dôme peut avoir des formes différentes, plus ou moins étalé, en fonction de la production magmatique en profondeur. Plus le dôme est large, plus la production magmatique est intense. La vallée axiale est occupée par un lac de lave ou recoupée par des failles d'où s'écoulent les basaltes en coussin. À l'inverse, les dorsales lentes ont une morphologie beaucoup plus rugueuse, avec une plus grande densité de failles et une vallée axiale beaucoup plus marquée, large de 10 à 20 kilomètres et profonde de 1 à 2 kilomètres. Elle est bordée de grands murs qui correspondent à de grandes failles normales. Le fond de l'axe est occupé par des volcans isolés et des champs de lave.

Carte des dorsales à la surface du globe. Sont surlignées en jaune les dorsales dites rapides, en vert les dorsales dites lentes. En rouge les dorsales dites intermédiaires. © USGS (modifié)

Taux d’accrétion, flux de chaleur et budget magmatique : l’impact sur les processus de formation de la croûte

Ces différences morphologiques entre les dorsales lentes et rapides s'expliquent par un régime thermique différent au niveau de l'axe. La tomographie sismique nous montre que les dorsales lentes sont plus froides et présentent une lithosphère beaucoup plus épaisse au niveau de l'axe que celle des dorsales rapides. Au niveau de ces dernières, le flux de chaleur est beaucoup plus important. Les études sismiques montrent la présence d'un réflecteur quasi continu situé à 2-3 kilomètres sous l'axe. Il s'agit du toit de la chambre magmatique, une poche contenant un mélange de cristaux et de liquide magmatique. Cette bouillie cristalline est plus chaude à sa base (1.250 °C environ), alors que la partie supérieure et les côtés sont efficacement refroidis grâce à la circulation hydrothermale. C'est ainsi que vont cristalliser les gabbros et les dykes qui vont former les niveaux les plus profonds de la nouvelle croûte océanique. Quelques fissures vont permettre aux laves de s'échapper et de cristalliser en surface sous la forme de basaltes en coussin. La croûte océanique ainsi créée est très largement d'origine mafique. Sa morphologie et sa structure sont régulières.

En comparaison, le budget magmatique au niveau des dorsales lentes est beaucoup plus faible. La lithosphère y est épaisse d'environ 10 à 20 kilomètres et le flux de chaleur particulièrement réduit. Aucune chambre magmatique n'est identifiée sous l'axe dans ce cas. Le magma est cependant présent sous la forme de petites poches isolées et temporaires. L'activité magmatique au niveau des dorsales lentes est donc variable et intermittente.

Pourtant, comme pour les dorsales rapides, l'écartement des plaques continue. Dans le cas d'un budget magmatique insuffisant, l'accommodation de cette extension va donc se faire par des processus tectoniques et notamment par remontée et exhumation du manteau le long de grandes failles normales plates que l'on appelle des « failles de détachement ». Ces dômes, que l'on appelle « core complexes océaniques », sont formés de péridotites serpentinisées (roches du manteau altérées) et de gabbros. L'exhumation du manteau par le biais de ces failles de détachement peut se faire de façon épisodique ou sur des laps de temps beaucoup plus longs si le budget magmatique reste faible. La croûte ainsi créée au niveau des dorsales lentes aura donc une composition hybride et une structure beaucoup plus variable. Elle sera en partie seulement d'origine mafique (gabbros et basaltes), et en partie d'origine ultra-mafique (péridotites). Son architecture est différente de celles des croûtes créées au niveau des dorsales rapides. Elle est notamment beaucoup plus fine : 5 kilomètres en moyenne contre 7 kilomètres d'épaisseur pour une croûte magmatique.

Schéma illustrant les différentes morphologies et processus d’accrétion des dorsales en fonction de leur vitesse d’accrétion. a) Dorsale rapide ; b) dorsale lente avec budget magmatique modéré ; c) dorsale lente avec budget magmatique temporairement très faible et exhumation du manteau le long d’une faille de détachement. © Yves Lagabrielle
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