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Processus d'hydratation de la péridotite en zone de subduction

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Objectifs

Retracer la chronologie des évènements conduisant à l’hydratation du manteau en zone de subduction.
Comprendre comment l’eau des océans est transférée par la croûte océanique subduite vers le manteau.

Points clés

Dès sa formation au niveau de la dorsale, la croûte océanique formée de gabbros et basaltes s’éloigne et se refroidit. Elle se fracture, ce qui permet l’infiltration de l’eau des océans et conduit à l’hydratation des minéraux.
Lorsque la lithosphère océanique devient trop lourde, elle plonge dans l’asthénosphère : c’est la subduction. Les minéraux sont alors soumis à des conditions de pression importantes qui favorisent leur déshydratation.
L’eau est majoritairement libérée à une profondeur comprise entre 80 et 120 km, ce qui permet l’hydratation du manteau dans des conditions de pression et température favorisant sa fusion partielle.

Pour bien comprendre

La subduction.
Les conditions de formation du magma en zone de subduction.

1. Hydratation de la lithosphère océanique au cours de l’expansion océanique

La lithosphère océanique se met en place de façon quasi-permanente au niveau de la dorsale.

Elle présente une structure verticale assez homogène. Du basalte en coussin surplombe du gabbro. Le tout forme la croûte océanique. La croûte océanique repose sur de la péridotite, roche du manteau supérieur. La croûte océanique et le manteau supérieur constituent ensemble la lithosphère océanique.

Doc. 1 : Coupe des roches de la lithosphère océanique.

Les roches de la croûte océanique sont des roches magmatiques formées à partir d’un magma qui cristallise rapidement en surface (basaltes) ou lentement en profondeur (gabbros). Au moment de leur formation, ces roches sont donc relativement chaudes. Elles vont progressivement se refroidir en s’éloignant de la dorsale. Elles se fracturent dans le même temps, permettant l’infiltration de l’eau.

Sous l’effet de ces deux facteurs, les minéraux qui constituent les roches de la croûte océanique (pyroxènes et plagioclases) vont subir des transformations à l’état solide. On parle de métamorphisme.

La première modification conduit à la transformation des pyroxènes et des plagioclases en minéraux hydratés appelés amphiboles (Hornblende). Cette étape d’hydratation des roches au cours de l’expansion océanique est appelée métamorphisme hydrothermal.

2. Déshydratation de la lithosphère océanique lors de la subduction

Au cours de l’expansion océanique, les roches de la croûte océanique s’éloignent progressivement de la dorsale. Pendant ce trajet elles refroidissent, s’hydratent et deviennent donc plus denses. Lorsque leur densité est trop élevée, elles plongent : c’est la subduction.

C’est alors que les minéraux subissent des conditions de pression plus importantes. Ces changements conduisent à de nouvelles transformations minéralogiques appelées métamorphisme de basse température et de haute pression.

Les amphiboles se transforment en actinote et chlorite, donnant naissance au faciès schistes verts. Puis, à partir d’une profondeur de 20 km, les minéraux commencent à se déshydrater et se transforment en glaucophane, caractéristique du faciès schistes bleus. Au-delà de 50 km de profondeur, la déshydratation est totale. On y retrouve alors du grenat et de la jadéite, caractéristiques du faciès éclogite.

L’eau libérée au cours de la subduction s’infiltre dans le manteau sus-jacent à une profondeur compatible avec la fusion partielle de la péridotite. Celle-ci est à l’origine du magmatisme des arcs volcaniques.