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Les zones de divergences entre les plaques lithosphériques

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Ce cours est en cours de création par nos équipes et il sera prêt pour la rentrée 2019 💪

Introduction :

À l’échelle des temps géologiques, les plaques lithosphériques se touchent entre elles, se rapprochent ou s’éloignent. Au gré de ces déplacements, nos environnements ont évolué jusqu’à former nos paysages actuels.
Dans le cas particulier de deux plaques qui s’éloignent, on parle d’un mouvement de divergence, qui sera à l’origine de la formation des océans.

Dans ce cours, nous distinguerons deux types de dorsales, nous verrons comment le plancher océanique a été mis en place et nous étudierons son évolution au cours du temps.

Fonctionnement des dorsales

Les dorsales sont des ensembles géologiques typiques des zones de divergence que l’on retrouve au large des côtes.

En fonction de la vitesse d’éloignement des plaques, on distingue deux types de dorsales : les dorsales rapides qui s’ouvrent à une vitesse de 25 mm/an25\ \text{mm/an}, telle la dorsale atlantique, et les dorsales lentes qui s’ouvrent à une vitesse de 120 mm/an120\ \text{mm/an}, telle la dorsale est-pacifique.

Img01 : Des dorsales à vitesses de divergences variées

Les dorsales lentes

  • Topologie (étude des reliefs)

La dorsale atlantique forme une chaîne de montagnes sous-marines qui s’étend sur 10 000 km10\ 000\ \text{km} de longueur. L’altitude de ces montagnes, par rapport au fond océanique, peut atteindre 3 km3\ \text{km}. En son centre, la dorsale lente se caractérise par la présence d’un rift, c’est-à-dire, un fossé d’effondrement qui peut être large de plusieurs kilomètres.

Au niveau de l’Islande, le rift océanique atlantique se retrouve en surface, ce qui est typique d’une dorsale lente.

  • Activité volcanique typique
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Rappel

La Terre est formée de couches concentriques. En surface, on distingue la croûte, d’une épaisseur de 9 km9\ \text{km}, elle est située sur le manteau. Le plancher océanique est formé de roches volcaniques.

Pour les dorsales lentes, le magma, formé dans le manteau, est riche en péridotite. Cette roche magmatique remonte très lentement en surface. Cette remontée progressive permet un refroidissement lent de la roche.
Dans ces régions, on retrouve aussi du gabbro, dont l’étude cristallographique concorde avec une ascension lente. En effet, le gabbro est une roche entièrement cristallisée, ce qui est caractéristique d’un refroidissement lent où les cristaux ont le temps de se former.

Img02 : Une dorsale lente

Les dorsales rapides

  • Topologie

Les dorsales rapides forment des chaînes de montagnes avec des reliefs plus importants que les dorsales lentes, mais leurs rifts sont moins larges.

  • Activité volcanique typique

Pour les dorsales rapides, la péridotite fondue ne remonte pas telle qu’elle jusqu’en surface. Elle va remonter sous la forme de panaches de magma, qui eux, vont atteindre très rapidement la surface.
Au contact de l’eau, la lave (définition d’un magma qui affleure) va se refroidir immédiatement, ce qui va former le basalte. Ainsi, le basalte est une roche partiellement cristallisée, ce qui est caractéristique d’un refroidissement rapide car les cristaux n’ont pas le temps de se former.

Img03 : Une dorsale rapide

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À retenir

Dans les zones de divergence, les dorsales lentes permettent la formation de gabbros, alors que les dorsales rapides forment les basaltes.
Les rifts des dorsales lentes sont plus larges que ceux des dorsales rapides.

La formation de la croûte océanique au niveau des dorsales

  • Formation du magma dans le manteau
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Définition

Magma :

Le magma est un mélange de roches partiellement fondues. Donc, le magma est constitué de péridotites en partie liquides et en partie solides.

Afin que la péridotite mantellique entre en fusion partielle, des conditions particulières doivent être rassemblées.

En laboratoire, de la péridotite est soumise à des conditions de pression et température croissantes.

Img03 : Graphique montrant l’état de la péridotite en fonction de la pression et de la température

Sur ce graphique, le liquidus sépare la péridotite liquide du magma (zone de fusion partielle). Le solidus sépare la péridotite solide du magma.

Le géotherme est une courbe qui représente l’augmentation de la température et fonction de la profondeur.

  • Ainsi, on constate que, sous la dorsale, le magma se forme entre 8080 et 120 km120\ \text{km} de profondeur sous des températures de 12001200 à 1400°C1400\degree \text{C}, car le géotherme dépasse la limite du solidus.
  • Libération de la lave

Une fois formé, le magma voit sa densité baisser, ce qui lui permet de migrer vers la surface, où il s’accumule dans la chambre magmatique.

Grâce aux failles générées par la poussée du magma accumulé dans la chambre magmatique, le magma est refroidi, soit lentement ce qui permet la formation du gabbro (dorsale lente), soit rapidement ce qui forme du basalte dit « en coussin » (dorsale rapide).

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Astuce

Les basaltes « en coussin » doivent leur nom à leur forme, liée au refroidissement violent de la lave au contact de l’eau.

Img04 : La remontée du magma sous une dorsale

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À retenir

Les dorsales présentent une forte activité volcanique. La lave libérée par celles-ci forme le nouveau plancher océanique au niveau du rift.

Le devenir de la lithosphère océanique

Au niveau des dorsales, par le mouvement des deux plaques, les nouvelles roches de la lithosphère s’éloignent symétriquement, de part et d’autre du rift.

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Astuce

On peut modéliser ce déplacement en le comparant aux déplacements d’un double tapis roulant.

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Définition

Lithosphère :

La lithosphère est le nom donné à l’enveloppe externe de la Terre qui englobe la croûte et le manteau supérieur, deux couches solides. Elle se trouve au-dessus de l’asthénosphère, qui est visqueuse.

La maturation physique de la lithosphère océanique

Au niveau du rift, la densité lithosphérique est bien plus faible que la densité asthénosphérique.

En s’éloignant du centre d’accrétion, la lithosphère océanique se refroidit. Durant ce refroidissement, la densité de la lithosphère augmente. En outre, l’arrivée continue de nouveaux matériaux provoque son épaississement. Avec le temps, la lithosphère océanique peut atteindre une centaine de kilomètres d’épaisseur.

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Définition

Accrétion :

La croissance par l’accumulation de matériaux est appelée l’accrétion. Dans le cas des dorsales, l’accrétion a lieu au niveau du rift.

Img05 : Évolution de la densité de la lithosphère océanique

Ainsi, l’ouverture de l’océan est limitée : au bout de quelques millions d’années (environ 150 à 200 millions d’années de divergence), l’équilibre de la lithosphère sur l’asthénosphère est brisé.

  • La plaque lithosphérique plonge alors dans l’asthénosphère.

Hydratation de la lithosphère océanique

  • Les fumeurs noirs

L’eau de mer circulant au-dessus de la lithosphère océanique accélère son refroidissement. De plus, cette eau s’infiltre grâce aux cassures présentes dans les roches. Les « fumeurs noirs » sont des ensembles géologiques typiques des dorsales.

Img06 : Circulations hydrothermales à la surface de la lithosphère océanique

  1. De l’eau à 4°C4\degree \text{C} s’infiltre dans les roches de surface.
  2. Avec la proximité du magma, l’eau est chauffée.
  3. Moins dense, l’eau chaude (environ 350°C350\degree \text{C}) rejaillit.
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Astuce

À cette profondeur la pression est tellement forte que l’eau reste liquide à 350°C350\degree \text{C}.

Durant son trajet dans les roches de surface, l’eau se charge en sels minéraux issus des roches magmatiques, ce qui rend cette zone très favorable à la vie (les sels minéraux sont indispensables aux êtres vivants).

  • La transformation des roches

Avec l’augmentation de la densité de la lithosphère, les roches ont tendance à s’enfoncer dans l’asthénosphère. Cet enfouissement provoque une augmentation de la pression.
L’enfouissement s’accompagne aussi d’une augmentation de température, les roches se rapprochent du magma.
L’eau infiltrée va elle aussi modifier l’environnement physico-chimique des roches lithosphériques.

  • Les roches subissent ainsi un métamorphisme.
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Définition

Métamorphisme :

Le métamorphisme est un ensemble de transformations subies par une roche sous l’effet d’une variation de pression et/ou de température. Dans le cas des dorsales, le métamorphisme est typique car l’eau y participe aussi.

L’étude du métamorphisme est assurée par le suivi de la modification des minéraux qui forment les roches. En effet, le métamorphisme provoque le remplacement de certains ensembles minéralogiques par de nouveaux ensembles.

Img07 : Le métamorphisme d’une zone de divergence

  • Dans la croûte, le gabbro est formé de minéraux typiques : le plagioclase et le pyroxène. Lorsqu’il est métamorphisé, il se transforme en métagabbro dans lequel le pyroxène est remplacé par l’amphibole.

Img08 : Gabbro —> métagabbro

  • Dans le manteau, la péridotite, qui est initialement riche en minéraux d’olivine et de pyroxène, est métamorphisée en péridotite dite serpentinisée, car elle contient une grande quantité d’un nouveau minéral : la serpentine.

Img09 : Péridotite —> péridotite serpentinisée

Conclusion :

La divergence lithosphérique a lieu au niveau des dorsales, elle est à l’origine de la formation, plus ou moins rapide, des océans.
La lithosphère océanique est formée de roches volcaniques mises en place au niveau de l’axe de la dorsale, c’est-à-dire au niveau du rift.
Une fois mise en place, la lithosphère océanique évolue au fil du temps. Elle finit par être trop dense, ce qui provoque sa subduction, c’est-à-dire, son enfoncement dans l’asthénosphère, signe que l’océan se referme.