{"id":1622,"date":"2005-05-07T12:20:08","date_gmt":"2005-05-07T10:20:08","guid":{"rendered":"http:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/?p=1622"},"modified":"2021-12-20T11:42:44","modified_gmt":"2021-12-20T10:42:44","slug":"le-manteau-terrestre","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/2005\/05\/le-manteau-terrestre\/","title":{"rendered":"Le manteau terrestre"},"content":{"rendered":"
Les basaltes intra plaques: une fen\u00eatre sur l’\u00e9volution de la Terre<\/h6>\n
\"Figure
Figure 1: Structure de la Terre. On divise la partie sup\u00e9rieure du manteau en deux entit\u00e9s, le manteau lithosph\u00e9rique rigide li\u00e9 \u00e0 la cro\u00fbte et le manteau asth\u00e9nosph\u00e9rique dans lequel les volcans prennent leur source. On distingue la cro\u00fbte continentale de composition moyenne proche d\u2019un granite (riche en silice et alcalin, pauvre en fer et magn\u00e9sium) et la cro\u00fbte oc\u00e9anique globalement de composition basaltique (riche en magn\u00e9sium et fer, relativement pauvre en silice).<\/figcaption><\/figure>\n

La terre d\u2019un rayon de 6370 km, est constitu\u00e9e d’enveloppes concentriques (Fig. 1). Au centre, le noyau, d\u2019un rayon de 3470 km, constitu\u00e9 essentiellement de fer, nickel et soufre. Autour, le manteau (69% de la masse totale) compos\u00e9 principalement de min\u00e9raux silicat\u00e9s (olivine, pyrox\u00e8ne, spinelle, grenat, perovskite et magn\u00e9siow\u00fcstite). La cro\u00fbte sur laquelle nous vivons, avec une \u00e9paisseur comprise entre 10 et 100km, ne repr\u00e9sente qu’une tr\u00e8s faible partie de la masse totale de la Terre.<\/p>\n

Si l\u2019\u00e9tude de la cro\u00fbte continentale superficielle pose relativement peu de probl\u00e8me d\u2019\u00e9chantillonnage, il en va tout autrement de l\u2019\u00e9tude du manteau terrestre. Le forage le plus profond effectu\u00e9 sur la Terre a atteint la profondeur de 17 km, on reste donc tr\u00e8s loin du manteau. Des informations directes sur la nature du manteau sont fournies par l’\u00e9tude de fragments remont\u00e9s par certaines laves lors de leur remont\u00e9e vers la surface, ou parfois dans les cha\u00eenes de montagne au cours des collisions de continents.<\/p>\n

Ces informations restent fragmentaires elles sont compl\u00e9t\u00e9es par des donn\u00e9es indirectes essentielles constitu\u00e9es:<\/p>\n

    \n
  • par des mesures g\u00e9ophysiques tel la sismique ou la gravim\u00e9trie,<\/li>\n
  • par l’\u00e9tude de la g\u00e9ochimie des \u00e9l\u00e9ments en traces et des isotopes des basaltes et des min\u00e9raux qu’ils contiennent.<\/li>\n<\/ul>\n
    Etat physique et fusion du manteau<\/h6>\n

    Dans les conditions normales, le manteau terrestre est \u00e0 l’\u00e9tat solide. Dans certaines conditions de pression et de temp\u00e9rature ce manteau peut fondre partiellement et donner naissance aux magmas basaltiques sources des volcans. Ces conditions sont rencontr\u00e9es dans trois environnements distincts (Fig. 2):<\/p>\n

      \n
    • au niveau des rides m\u00e9dio oc\u00e9aniques, zone de production des fonds oc\u00e9aniques (qui couvrent 70% de la surface terrestre;<\/li>\n
    • au niveau des zones de subduction qui donnent naissance au volcanisme d\u2019arc insulaire observ\u00e9 dans les Andes ou au Japon, un m\u00e9canisme important de production de la cro\u00fbte continentale;<\/li>\n
    • enfin, au niveau d’un volcanisme dit intra plaque dont les exemples les plus connus sont les \u00eeles d\u2019Hawa\u00ef et de Polyn\u00e9sie. Ce dernier, g\u00e9n\u00e9r\u00e9 \u00e0 plus grande profondeur, serait li\u00e9 \u00e0 des instabilit\u00e9s thermiques (points chauds) prenant naissance \u00e0 l’interface entre le noyau et le manteau inf\u00e9rieur. T\u00e9moins des processus les plus profonds, l\u2019\u00e9tude des laves intra-plaques rev\u00eat donc une grande importance. Les autres types de roches rencontr\u00e9s dans les volcans (and\u00e9sites, rhyolites, phonolites, etc) sont, presque toujours, les produits de l’\u00e9volution des basaltes par des processus divers dont le principal est la diff\u00e9rentiation par fractionnement gravitaire des premiers cristaux form\u00e9s (cristallisation fractionn\u00e9e).<\/li>\n<\/ul>\n
      \"Figure
      Figure 2: Les diff\u00e9rents environnements magmatiques. A chaque environnement, un type de volcanisme particulier est associ\u00e9. Pour les rides, on parle de volcanisme tholeiitique, dans le cas des zones de subduction, de volcanisme calco-alcalin et dans le cas des points chauds, de volcanisme alcalin. Cette nomenclature a \u00e9t\u00e9 \u00e9tablie en fonction de la composition chimique des laves \u00e9mises dans chaque contexte.<\/figcaption><\/figure>\n
      Les basaltes intra plaques: une fen\u00eatre sur la composition du manteau<\/h6>\n

      Les basaltes intra-plaques, produits directs de la fusion partielle du manteau, repr\u00e9sentent une opportunit\u00e9 unique pour caract\u00e9riser chimiquement et min\u00e9ralogiquement le manteau. Ces basaltes pr\u00e9sentent de tr\u00e8s fortes h\u00e9t\u00e9rog\u00e9n\u00e9it\u00e9s de composition d\u2019un volcan \u00e0 l\u2019autre, mais aussi au sein d’un m\u00eame \u00e9difice volcanique. Ces diff\u00e9rences de composition s\u2019expliquent par des m\u00e9canismes li\u00e9s \u00e0 la fusion du manteau, mais \u00e9galement par des variations de la composition chimique de ce manteau \u00e0 l\u2019\u00e9chelle locale et \u00e0 l\u2019\u00e9chelle globale. L\u2019interpr\u00e9tation de ces h\u00e9t\u00e9rog\u00e9n\u00e9it\u00e9s est un sujet qui retient l\u2019attention des g\u00e9ologues depuis plus de 25 ans.<\/p>\n

      Une hypoth\u00e8se s\u2019est d\u00e9gag\u00e9e depuis une dizaine d\u2019ann\u00e9e gr\u00e2ce au d\u00e9veloppement des \u00e9tudes g\u00e9ochimiques sur les isotopes (stables ou radiog\u00e9niques) ou les \u00e9l\u00e9ments en traces des roches mantelliques et des basaltes. Ces h\u00e9t\u00e9rog\u00e9n\u00e9it\u00e9s seraient le r\u00e9sultat de la r\u00e9introduction au niveau des zones de subduction de la cro\u00fbte oc\u00e9anique et d’une partie des s\u00e9diments d\u00e9pos\u00e9s \u00e0 sa surface. Si ce mod\u00e8le pr\u00e9sente une excellente coh\u00e9rence interne, permettant d\u2019expliquer les variations isotopiques et chimiques des basaltes intra plaques, il ne satisfait pas totalement d’autres contraintes rh\u00e9ologiques ou g\u00e9ochimiques.<\/p>\n

      Le massif du Cantal: un exemple complet de volcanisme intra plaque<\/h6>\n
      \"Figure
      Figure 3 : Vue sur le Puy Mary, point central du massif du Cantal.<\/figcaption><\/figure>\n

      Les volcans intra plaques sont g\u00e9n\u00e9ralement localis\u00e9s sur le fond des oc\u00e9ans, ce qui pose des probl\u00e8mes d\u2019\u00e9chantillonnage si l\u2019on d\u00e9sire \u00e9tudier l\u2019ensemble des roches \u00e9mises durant la vie du volcan. Pour contourner ce probl\u00e8me, nous avons choisi d\u2019\u00e9tudier le massif du Cantal situ\u00e9 dans le Massif Central fran\u00e7ais. Ce volcan, \u00e9quivalent de l\u2019Etna par sa taille, a \u00e9t\u00e9 actif entre 13 et 3 millions d\u2019ann\u00e9es. La qualit\u00e9 d\u2019affleurement, ainsi que la diversit\u00e9 des roches \u00e9mises durant son activit\u00e9 en font un exemple id\u00e9al pour \u00e9tudier les diff\u00e9rents processus magmatiques influen\u00e7ant la composition des roches volcaniques (Fig. 3).<\/p>\n

      Les basaltes du Cantal se caract\u00e9risent par une importante \u00e9volution de leur composition chimique au cours du temps. L’intervalle de ces variations est comparable \u00e0 celui observ\u00e9es pour l\u2019ensemble des basaltes intra plaques connus \u00e0 la surface de la Terre, ce qui fait de cet \u00e9difice volcanique un mod\u00e8le unique. Les variations de composition chimique enregistr\u00e9es peuvent \u00eatre rattach\u00e9es, gr\u00e2ce \u00e0 des datations g\u00e9ochronologiques et \u00e0 l’\u00e9tude stratigraphique du massif, \u00e0 une modification de leur source mantellique durant leur \u00e9mission, c’est-\u00e0-dire dans une temps g\u00e9ologiquement tr\u00e8s court de 3 \u00e0 4 millions d’ann\u00e9es.<\/p>\n

      Sans entrer dans des d\u00e9tails trop complexes, ces variations affectent des \u00e9l\u00e9ments en proportions tr\u00e8s faibles, mesur\u00e9es en ppm (parties par million) mais caract\u00e9ristiques de ph\u00e9nom\u00e8nes de partages d’\u00e9l\u00e9ments entre des roches, des magmas ou des fluides de composition diff\u00e9rente. Le niobium (Nb), le thorium (Th) et le tantale (Ta) et leurs rapports respectifs (Nb\/Th, Ta\/Th font partie des \u00e9l\u00e9ments clefs utilis\u00e9s dans nos \u00e9tudes. Les variations des teneurs en Nb par exemple vont de 60 \u00e0 150 ppm, celles du Th de 3 \u00e0 18 ppm. Ces variations de teneurs sont tr\u00e8s grandes pour les g\u00e9ochimistes du magmatisme. La figure 4 montre ainsi la r\u00e9partition des \u00e9l\u00e9ments traces des basaltes du Cantal par rapport aux basaltes du m\u00eame type dans le monde. On y voit clairement le changement progressif de composition chimique entre les basaltes infra-cantaliens et supra-cantaliens traduisant les modifications de la composition du manteau sous-jacent durant l’\u00e9dification du volcan.<\/p>\n

      \"Figure
      Figure 4 : Diagramme de r\u00e9partition des \u00e9l\u00e9ments en traces dans les basaltes supra-cantaliens (a) et infra-cantaliens (b), normalis\u00e9s au manteau primitif (= le rapport de l’\u00e9l\u00e9ment dans l’\u00e9chantillon \u00e0 sa teneur dans un manteau suppos\u00e9 initial). La zone en gris\u00e9 repr\u00e9sente le domaine de variation des basaltes intra-plaques dans le monde. Noter l’\u00e9chelle logarithmique des rapports. Noter les variations de teneurs importantes pour Th, Nb, Ce, Pb entre les deux \u00e9pisodes \u00e9ruptifs.<\/figcaption><\/figure>\n

      Cette modification de la source ne peut pas s\u2019expliquer par les m\u00e9canismes classiquement \u00e9voqu\u00e9s pour expliquer les variations de composition chimique dans le manteau. Un nouveau mod\u00e8le de source mantellique h\u00e9t\u00e9rog\u00e8ne a \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9 par S\u00e9bastien Pilet (Fig. 5).<\/p>\n

      \"Figure
      Figure 5: Mod\u00e8le propos\u00e9 pour la gen\u00e8se des basaltes du Cantal. Ce mod\u00e8le se d\u00e9compose en trois phases. A. lors de la remont\u00e9e du point chaud localis\u00e9 sous le Massif Central, le manteau asth\u00e9nosph\u00e9rique fond et donne naissance \u00e0 des liquides magmatiques basaltiques. B. Ces liquides vont percoler \u00e0 travers le manteau lithosph\u00e9rique et subir un \u00e9volution par fractionnement. Des veines de composition vari\u00e9e vont \u00eatre d\u00e9pos\u00e9es par ce m\u00e9canisme. C. Cette percolation de liquide s\u2019accompagne d\u2019une augmentation de la temp\u00e9rature du manteau lithosph\u00e9rique. Lorsque cette temp\u00e9rature d\u00e9passe la temp\u00e9rature du liquidus du manteau (temp\u00e9rature \u00e0 laquelle les min\u00e9raux commencent \u00e0 fondre), le manteau lithosph\u00e9rique h\u00e9t\u00e9rog\u00e8ne (manteau encaissant + veines) va fondre et donner naissance aux basaltes du Cantal. La diff\u00e9rence de composition entre les premiers basaltes \u00e9mis et les derniers correspond \u00e0 une \u00e9volution de la composition des veines pr\u00e9sentes dans les diff\u00e9rentes sources.<\/figcaption><\/figure>\n
      Conclusion<\/h6>\n

      Le mod\u00e8le d\u00e9velopp\u00e9 \u00e0 partir des roches du Cantal propose une alternative aux mod\u00e8les \u00ab\u00a0classiques\u00a0\u00bb de gen\u00e8se des basaltes intra-plaques. Avant de g\u00e9n\u00e9raliser le mod\u00e8le il va \u00eatre test\u00e9 et affin\u00e9 dans d?autres environnements g\u00e9ologiques. Un programme financ\u00e9 par le Fonds national de la recherche suisse va d\u00e9buter sur des volcans du Maroc et en Islande. De telles \u00e9tudes permettent ainsi de mieux contraindre les processus ayant lieu dans le manteau, et par la m\u00eame de mieux comprendre l?\u00e9volution de la terre, de mieux ma\u00eetriser les caract\u00e9ristiques des magmas parvenant \u00e0 sa surface et par voie de cons\u00e9quence l’impact du volcanisme sur l’environnement.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

      Les basaltes intra plaques: une fen\u00eatre sur l’\u00e9volution de la Terre La terre d\u2019un rayon de 6370 km, est constitu\u00e9e d’enveloppes concentriques (Fig. 1). Au centre, le noyau, d\u2019un rayon de 3470 km, constitu\u00e9 essentiellement de fer, nickel et soufre. Autour, le manteau (69% de la masse totale) compos\u00e9 principalement de min\u00e9raux silicat\u00e9s (olivine, pyrox\u00e8ne, […]<\/p>\n","protected":false},"author":47,"featured_media":1628,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","_seopress_titles_title":"","_seopress_titles_desc":"","_seopress_robots_index":"","footnotes":"","_links_to":"","_links_to_target":""},"categories":[66979],"tags":[],"class_list":{"0":"post-1622","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-eclairages"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1622","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/47"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1622"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1622\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/media\/1628"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1622"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1622"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1622"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}