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Les mécanismes de renouvellement de la lithosphère au niveau des dorsales

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Objectif

Comprendre comment la lithosphère océanique est renouvelée au niveau des dorsales.

Points clés
  • Le magmatisme des dorsales est lié à une remontée de matériel mantellique qui, du fait de la décompression et de son hydratation, subit une fusion partielle.
  • Il en résulte la formation d'un magma basaltique et la formation d'une péridotite résiduelle.
  • Le taux de fusion partielle du manteau détermine la nature chimique de la croûte océanique.

Les dorsales sont le siège d’une activité volcanique intense et continue. Des mesures de réflexion sismique montre l’existence d’une chambre magmatique à l’aplomb de l’axe de la dorsale d’où pourrait provenir le magma à l’origine de la croûte océanique.

1. Une décompression à l'origine de la fusion

Le manteau supérieur situé juste sous la croûte océanique est composé de péridotites, roche de couleur verte, cristallisée riche en olivine et pyroxènes.

Des expériences faites en laboratoire permettent d'étudier le comportement de ces péridotites en fonction des conditions de pression et de température. Le résultat se traduit par un diagramme pression-température sur lequel apparaissent deux courbes, le solidus et le liquidus, qui séparent différents domaines (Document 1).

Doc. 1 : Diagrammes pression-température de la péridotite

Le solidus sépare le domaine où la roche est entièrement solide de celui où elle commence à fondre (en bleu). Le liquidus sépare ce dernier de celui où la roche est entièrement fondue (en jaune).


Un tel diagramme montre que la péridotite peut passer à l'état partiellement fondu soit lors d’une augmentation de température à pression constante, soit lors d’une diminution de la pression à température constante (c'est la décompression adiabatique). L’hydratation de la roche est un élément favorable à sa fusion.

A l'aplomb des dorsales on détecte la présence d'asthénosphère proche de la surface, alors que sa profondeur normale est d'environ 100 km. Cette remontée de l'asthénosphère, due à des courants de convection du manteau, permet la décompression adiabatique de la roche. La présence d’eau infiltrée dans la roche va permettre d’atteindre les conditions de température et de pression favorables à la fusion partielle de la péridotite (Document 1B). Cette fusion partielle est à l'origine d'un magma primaire.

2. Une péridotite résiduelle à l'origine du manteau de la lithosphère océanique

La péridotite qui fond est appelée roche-mère ; la fusion partielle de cette roche s'accompagne d'une différenciation chimique. En effet, les minéraux ne fondent pas tous à la même température. Certains éléments chimiques vont donc passer préférentiellement dans le liquide de fusion alors que d'autres, dits réfractaires, restent dans la partie non fondue.

La composition chimique du magma primaire dépend donc du taux de fusion des péridotites qui est de l'ordre de 20% sous les dorsales. Il conduit alors à la formation d'un magma de composition basaltique ainsi qu'à la formation d'une péridotite résiduelle appauvrie à l'origine de la partie mantellique de la lithosphère océanique. Ce magma remonte vers la surface et donne naissance, après refroidissement, à la croûte océanique.

Il existe deux types de dorsales : les dorsales « lentes », situées dans l'Atlantique, dont le taux d'accrétion est inférieur à 5 cm par an, et les dorsales « rapides », situées dans le Pacifique, dont le taux d'accrétion dépasse les 5 cm par an.
Dans le premier cas, le taux de fusion partielle est inférieur à 10 % alors qu’il est de 30 % dans le cas des dorsales rapides. Ainsi, suivant le type de dorsale, la composition chimique de la croûte océanique sera différente.

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