Cours : Les zones de divergence entre les plaques lithosphériques

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 lentes qui s’ouvrent à une vitesse de $25\ \text{mm/an}$, telle la dorsale médio-atlantique, et les dorsales rapides qui s’ouvrent à une vitesse de $120\ \text{mm/an}$, telle la dorsale est-pacifique.

Les dorsales lentes

• Topologie (étude des reliefs)

La dorsale médio-atlantique forme une chaîne de montagnes sous-marines qui s’étend sur $10\ 000\ \text{km}$ de longueur. L’altitude de ces montagnes, par rapport au fond océanique, peut atteindre $3\ \text{km}$. 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

Rappel

La Terre est formée de couches concentriques. En surface, on distingue la croûte, d’une épaisseur de $9\ \text{km}$, 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.

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.

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

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.

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 en fonction de la profondeur.

• Ainsi, on constate que, sous la dorsale, le magma se forme entre $20$ et $90\ \text{km}$ de profondeur sous des températures de $1200$ à $1400\degree \text{C}$, 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).

Astuce

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

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.

Astuce

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

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.

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.

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.

Astuce

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

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.

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.

• 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.
• 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.