Colloque Tour du Monde du Jean Charcot Paris, 2 - 3 r-Iars 1989 IFREl'tER - IN$U - OR$TO,'1 CAMPAGNE TEAH ITIA 1 : RECONNAISSANCE BATHYMETRIQUE DU POI NT CHAUD DE TEAHITIA (SUD - EST DES ILES DE LA SOCIETE) POUR DES PLONGEES CYANA J . L. Cheminée·, F . AJbarède··. C.W. Devey··. J. Francheteau· ··. R. Héklnian····. Y. Lancelot····· , J. TaJandier······ • Observatoires Volcanologiques. tP.C .. 4 place Jussie u . 75252 Paris Cedex 05. ··CRPe·CNRS, BP 20.54501 Vandoeuvre· les -Nancy. ···laboratolre de Géophysique Marine. IPC. 4 place Jussieu . 75252 Parts Cede.'C 05. ···· IFREMER Centre de Brest, BP 70. 29280 Plouz.."nt . ••• · laboratolre de Otologie Océanlque. UPMC, 4 place Jussieu. 75252 Parts Cede."( 05. • .. ···LaboratoIre de Géophysique, CEA. BP 6 40. Papeete. Tahiti, Polynêsle. I . CADRE GENERAL DE LA CAMPAGNE tion du r éseau sismique polynésien en 1962 permit de montrer qu e cette zone était slsmiquement très active et que cette activité était probablement liêe à de }' activ! té volcan iqu e (Talandier et Kuster, 1976 : Talandier et Oka!. 1984; GraU et Okal. 1984). On découvrit alors les volcans sous-marins TeahiUa et Roca rd : l'île de Mehetia à l'est ainsi qu e le mont sous-ma rin Moua Pihaa a u sud étaient. eu."C:, connus depuis longtemps. Duncan et McD ougaU (1 9 76J avaient êml s l'hypothèse que la ch aine volcanique des Bes de la Sociétê étai t la trace du passage de la plaque Pac ifique sur un e source de point ch a ud aujourd 'hui située entre 40 et 120 km a u sud-es t de la péninsule de Talarapu . Le plancher océanique de cette zone se situe vers l'anomalie 27. 11 aurait donc enviro n 55 Ma. L'installa- - .- - . , \ .J" . /' .... . , ...... v , , , \ ' ' .... ." '. , , "--== ..-~~ ...-..., '1 ...--... ' - -' _.' ,. \ ---' ! Fig. 1 - Plan de s ituatio n de la campagne TeahlUa 1 et routes du N.O. Jean Charcot. 232 2. Relevés bathymétriques. La campagne CYASITE. projet Energie Thermique des Mers. qui eut lieu à Tahiti fin 1983. permil de faire une plongée sur TeahiUa à parUr d 'un profil seabeam fourni par H. Craig. Une coupe su r le flanc sud-ouest fut réalisée (JLCl. dans une zone sismiquement trés active en 1982 et 1983. Cette coupe a montré que le volcanisme était r écent; un champ hydrothermal actif fut découvert a u sommet (Hoffert el al .. 1987). A la m ême époque le volcan marin Loth! au sud-est de la d 'Hawaii était découver t et (Malahoff et al. 1982 : Moore Un des deux principaux objectifs de celte campagne étaIt de réali se r un relevé bathymétrique seabeam de la zone comprise entre la péninsule de Taiarapu et Mehatla. Trois "boîtes" prinCipales o nt été couvertes : le massif de Teahitla. le volcan Rocard et le fianc sud de Mehetia. et des profils plus longs réalis és dans la parUe est pour localiser les limites de l'activité volcanique (fig. 1). souschaine étudié el al. 3. Dragages_ De tous les phénomènes liés à la tectonique des plaques . ce lui des points chauds était certainement le moins connu et le moins étudié. C'est pourquoi. profitant de la présence du N.O, Jea n Charcot à Tahiti, une campagne de cinq jours. TEAHITIA I. fut programmée. Elle fut co-financée Le deuxiéme objectif concernait l'écha ntillonnage des laves. A cet égard. quatre dragages ont été réalisés : le premie r sur le flanc sud de Mehetia dans la zone Sismiqu e de 1981. le second dans la zone sismique de 1984- 1985 au nord de Teah!Ua . le troisième sur le flanc sud-est de Teahltla, enfin le quatrième sur le flanc sud-est de Rocard, Le flanc sudouest de Te ahitla avait été ëchantillonné en 1983 au cours de la par l'lFREMER et l e LDG-CEA. L es plongee CYANA ICY83-62J_ 1982 : Frey et Clague. 1983 : De Carlo et aL . 1983). objecUfs prtncipau."( de cette campagne étaient : (1) r elevé bathymétrique de la zone active. (2) dragage des prinCipaux appareils volcaniques sousmarins. 4 . Profils géophysiques. Le magnétisme et la gravimétrIe ont été en r egistré s tout au long des différents profils seabeam. Des profils ont eté allongés autour de MeheUa. TeahlUa et Rocard. non seulement pour délimiter les zones volcaniques actives mais aussi pour déterminer les dipôles magnétiques associes â ces volcans sous 4marlns. Le sondeur 3.5 KHz a eté enregistré en permamence donnant une Idée de la couverture sedimentaire, II. DEROULEMENT DE LA CAMPAGNE (11-16 février 1986) 1. Personnel impUqué . TEAHITIA 1 était placée sous la r esponsabilité sCientifique de J. L. Cheminée (Observatoires volcanologiques IPGP) . Les emba rquants éta lent F. Albarède (CRPG. Nancy), Y. Lan celot (SOHO. Université P. et M. Curie). O. Minster (volontaire à l'aide technique a u LDG4CEA, Papeete) et le Commandant G. Huet de Frobe rvtlle. L'ass is tan ce à terre. localisatio n syledis. était dirigée par J. Tal andler nI_ PRlNCIPAUX RESULTATS. Les principaux résultats de la campagne TEAHITIA 1 (Cheminée et al .. 1989) concernent la bathvméltie et la pétrologie. Le s données de magn étis me et de gravimetrie sont trop par tielles ; e lles seront traitées avec celles obtenues ulterieuremen t (LDG -C EA. Papeete). 233 , .- ,,. -- t ) '" +----+- --;.,-P"" .'\ Fig. 2 • Carte balhymetrtque de la campagne Teahlt.la 1 complëtëe avec les données des campagnes 5047 du N.O. Sonne et Rapanul du N.O. Jean Charcol. (1) TeahiUa, (2) zone sismique nord. (3) Turc l. (4) Rocard, (5) Cyana. (6) MeheUa. lors des campagnes structure en étoile ca r actéristique (Vogt e t Smoot. 1984) . Les structures 5047, Rapanu1. Teahilia Il et N el SO 60. EUes feront de TeahlUa ont un alignement prédominant plus ou moins nord·sud, l'objet d 'une thèse. 1. Bathymétrie. Une carte balhymêtrique des principaux appareils volcaniques a été faite pour la première fois (fig. 2). Cette carle bathymétrique mont re deux types de structures: (1) des peULS édifices (hauteur :S. 600 m) d ont certains sont plus ou moins circulaires et pOSSèdent parfois des caldeiras . principalement dans la zone nord (fig. 3) d'autres. a llongés SUiV3m le grain de croûte. lous dans des stades primitifs el (2) des volcans composites de plus grande taille à structures complexes. attei gnant 2.000 metres au·dessus du fond oceaniqu e. Ces volcans composes ont de n ombreuses particularités génétiques com plexes. Ils sont caractér isés pa r la présence de cônes advenufs et des épe r ons allongés radialement. L'u n d 'entre eu x. le Mehetla. dont une partie émerge Jusqu 'à 400 m. a un e Fig. 3 - Bloc diagramme vu vers le sud-sud-est. 234 parallèlement aux anomalies magnétiques et donc aux isochrones de la croûte. ce qui améne â penser que la structure de la croûte a dû jouer un rôle prépondérant dans l'ouverture des fissures émisSives. réseau sismique. les déterminations des pOSitions absolues des séismes ont une incertitude de l'ordre de 2 km. Tous ces appareils volcaniques so n t situés sur une zone dont la profondeur est voisine de 3.800 m formant un gonflement par rapport au plancher océanique envir onnant ancien dont la profondeur est voisine de 4.200 m. Une couche sédimentaire de 0 .5 â 1 m recouvr e ce bombement entre les volcans. Les campagnes ultérieures ont montré qu 'il était essentiellement formé de fins déb r is de verre volcanique. Les relevés bathymétriques ont montre que les essaims sismiques étaient associés ou tres voisins des structures volcaniques récentes. En particulier. on a découvert que les crises sismiques de 1984 et 1985 etaient reparties sur toute une zone de structures volcaniques dans la region au nord de Teahiua. volcans inconnus alors. Les décalages entre la répartition de la sismicité de 1982 et 1983 et le centre de TeahiUa peuvent étre dus à la détermination des epicentres mais aussi â une migration de l'activité volcanique dans cette zone. 2 . Relations sismicité-volcanisme. 3 . Pêtrolog1e. Pendant les vingt premiéres années de son installation. le réseau sismique polynésien a détecté une sismicité réguliére centrée principalement sous les volcans sous-marins Teahltla. Rocard et Moua-P!haa. De 198 1 â 1985 cinq crises très importantes ont eu lieu. La premiére. en 1981. située sous le flanc sud de Mehetia. était centrée sous l'éper on sud-est â ml-pente ; celles de 1982. 83. 84 et 85 ont été localisées dans la zone de Teahiua (fig. 4J. Compte tenu de la configu ration du Les contenus des quatre dragues faites en moyenne entre 3.000 et 2.000 m de profondeur et les échantillons prélevés avec Cyana jusqu'au sommet de TeahiUa â 1.450 m de profondeur ont montr é cinq types de roches : (I ) des tubes de lave en pillow montrant un d ébit radial. (2) des morceau,"'" de lave en draperie montrant des formes cordées et/ou striées. (3) des coulées bulleuses à surface vitreuse. (4) des échantillons prismés massifs et (5) des hyaloclasUtes. En outre des depOts hydrothermaux avaient été échantillonnés par Cyana. ... •. .· w ...... ~ ......... ..... , ~ ...... Suivant leur minéralogie et leur composiUon chimique on peut classer ces roches en quatre group es : (I) ankaramltes (Mehetla) caractérisées par des teneurs en MgO de 12 à 16% et des concentrations êlevées en Ni et Cr Uusqu'a 500 et 700 ppm respectivement): (2) basaltes alcalins. les plus abondants (Mehetia et Teahitia) avec un Mg # assez variable. de 50 â 67 en moyenne (fig. 5) allant jusqu 'aux basanites pour les term es les plus évolués. Ils sont ca ractéris ês par des teneu rs êlevês en K20 (1.5 à 3 %)el en Ti02 (3 à 4.3 %); (3) tra chytes (Rocard) vitreux et bulleux caractérisés par un faible Mg # (34 â 45). des ten eurs faibles en Ti02 « 1.33 Ok) et des teneurs en alcalins êlevées : enLIe ~ Fig. 4 . Localisation des crises s ismiques de 1982 à 1984. 235 , M OR 3.' , " OR1·2_. 1< , 1'1_3 OORI Pl. ' G2_1 X ~ 0011'1'3_3 62-2 li. 06 2-.l • , • "'-" 0 " oOR 3_2 061·1 • • • OMEH , Flg. 6 - Dlagranune des Terres Rares • " glassy mugln (TUlIlIla-Mel'lflla) o bulk rOCk ITuhllla -M ahetial • IV. CONCL USIONS .. OR 2_7 10H11 sml. (Fray and Clagu8 , 1963J La zone active du point chaud de TeahiUa s'étend sur une zone de 8.000 km 2 formant u n bombement de qu elques centaines de mètres de hau teur par r appo rt au plancher oceanique ancien. Le point chaud est ca r acterise par une multitude d' appa reil s volcaniques de to ut es tailles a différ ents stades d'évolution, les éru ptions a u cours du temps ayant favorisé la construction de sL"< massifs principaux. OL---~~~--L---~,on---L---~'o~--L-~,o M. ~ Fig. 5 - Diagramme TIÛ2 - Mg # 5 el 7% de Na20 et K20 avec un rapport voisin de 1; (4) basalte à faible teneur en K (zone sismIque nord) caractérise par un Mg # élevé (72), de faibles teneurs en K20 et Ti02 « 0,02 % et 0,73 % respectivement). La sismicité enregistrée est associée aux structures volcaniques et certains décalages, independamment des problémes de localisation des ép icentres, peuvent être J'annonce de nouveau." centres d 'activité volcanique. La variation des ankaramites aux basaltes a lcalins pourrait être le résultat d'un fractionnement d'olivine et de cJinopyroxéne. les phénocristaux et megacristaux de celles-là seraient d'origine p rimaire. La lacune entre les trachytes et les roches basiques rend difficile l 'hypothèse d 'une relation cogenétique. Les laves mises en place sur les différents édifices sont essentiellement formées d'une suite de basaltes alcalins fortement enrichie, Quand on compare les laves du point chaud de Teahitla a celles du Loihi, on observe que les premières sont plus riches en alcalins et titane et qu 'elles pourraient être plus représentatives du volcanisme intraplaque, Pour ce qui concerne les "tholéiites" ou basaltes a faible teneur en K. assez typiquement MORE [fig. 6), n s ·aglt sûrement, compte tenu de l'âge élevé des sédiments Interstratifiés (50 a 60 Ma) . de roches faisant partie d 'une structure hëritée de la ride. Cette structure a rejoue récemment (sismicité, imagerie OFOS-S047) avec l'activité de point chaud mais le matériel émis n'a pas été dragué. La campagne TEAHITIA 1 n ous a permis de lancer le programme VIP ("Volcanisme lotra-Plaque") avec une 236 coopération franco-allemande. Ell e a été suivie à ce Jour de six campagnes et deux va lorisations de transit pour l'Hude du point chaud de Teahiua. petrogeneUc Implications. Earth and Planet. Sei. Let.. 66. 337-355 (1 983). Grall. H .M. and Oka!. E.A.. Petrologlcal arguments in favor of an active Society Islands (french Polynesla) hot spot. EOS. 65. nO 16. 300 (1984). V. ABRIDGED ENGLISH VERSION. Hoffert. M.. Cheminée. J .L.. Person. A. and Larque. P.. Dépôt hydrothermal associé au volcanisme sous-marin intraplaque. Prélévement effectué avec Cyana sur le volcan actif de Teahlua (Polynésie França is e) .C .R.Aead. Sei Paris . 1. 304 . Série Il . nO 14. 829-832 The Teahlt1a-Mehetla hot spot region located in the southeastern extension of the Society Islands chain. near 18° S- 148° \V conslsts of several active volcanoes. The distribution of r ecent volcanlc activity correlates with sei smic epicenter!'i. and covers an area of more than 1000 k.m2. Intermittent volcanic acUvity has glven Tise to large (> 1000 m high) and small « (1987) . MalahofT. A. McMurtry. G.M.. Wiltshire. J.C . and Yen. H.\V .. Geology and chemistry of hydrothermal deposit from active submarine volcano Loihl . 500 m high) edtfices composed of varlous types of nows. Several recent volcanic events have produced a suite of alkalic rocks ranging from ankaramltes. through alkal1 basalts to trachyphonolites. The presence of altered MORB-l1ke tholeiites on one small seamount suggests that a different manUe source material was involvcd ln formlng sorne of the crust in thls hot spot r.e gion. Hawal1. Nature. 298. 234-239 (1982) . Moore. J.G .. Clague. D.A. and Normark. W.R.. Diverse basalt types from Loihl seamount. HawaU. Geology. 10. 88-92 (19 82). Talandier. J . and Kuster. G.T . . Seismlcity and submarine volcanic aetivily in French Polynesia. Journ. Geophys. Res .. 81. 936-948 (1976) . VI. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES Cheminée. J.L.. Hék.inian. R.. Talandler. Albarède. F.. Devey. C .W .. Franchctcau. J. and Lancelot Y.. Geology of an aclivc hot spot TeahiUa-Mehelia reglon ln the South Central Pacifie. J.. Marine Geophysical Researehes. I l : 2750 (1989). De Carlo. E.G .. McMurtry. G.M. and Yeh. H. w. . Geochemistry of hydrothermal deposits from Lolhl submarine volcano. Hawaii. Eanh and Planet. Sei. Let.. 66. 438-449 (1983). Talandier. J. and Okal. E.A .. The volcanoseismic swarms of 1981- 1983 in the Tahiti-Mehetia area. French Polynesia. Joum. Geophys. Res .. 89 . 1 1216·11234 (1984). vogt. P.R. and Smoot. N.C .. The Geisha guyOlS: mulUbeam bathymetry and morphomelric Interpretation. Joum. Geophys. Res .. 89. 110 85-11 107 (1984). Duncan. RA. and McDougall. 1.. Linear volcanism in French Polynesla. Journ. Vole. and Geoth. Res .. l , 197-227 (1976). Frey. F.A. and Clague . D.A .. Geochemlstry of diverse basall types from Lolhl Seamount Hawaii: 237