Les points chauds et la convection du manteau terrestre

Merci à Jean-Paul Montagner et à Vincent
Courtillot (IPG Paris) qui nous ont fourni
certaines figures de cette présentation.
1. LOCALISATION DE QUELQUES STRUCTURES NON EXPLIQUÉES PAR LA
THÉORIE DE LA TECTONIQUE DES PLAQUES
2. FORMULATION DE LA THÉORIE DES POINTS CHAUDS (2 DIAPOS)
3. LES POINTS CHAUDS ET LA CINÉMATIQUE : MOBILES OU FIXES ?
4. UN POINT CHAUD EN 3D
5. LES DIFFÉRENTS TYPES DE PANACHE
7. LES DEUX MODES EXTRÊMES DE LA CONVECTION DU MANTEAU
8. LE POINT DE VUE DU GÉOCHIMISTE
9. CE QUE NOUS APPREND LA TOMOGRAPHIE SISMIQUE (5 DIAPOS)
6. PANACHES ET SUPER-PANACHES (2 DIAPOS)
Ce sujet se rapporte au chapitre 8 ; consulter également le cahier couleur.
Des compléments sur les panaches mantelliques se trouvent dans
l’ouvrage Introduction à la Géologie, la dynamique de la Terre, Dunod
éditions.
Les points chauds et la convection
du manteau terrestre
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Extrait du site elements-geologie.com, complémentaire du livre Éléments de géologie 15e éd. de Maurice Renard, Yves Lagabrielle, Erwan Martin et Marc de Rafélis, © Dunod Editeur, 2015.
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Activité volcanique dans le fond du Cratère Dolomieu au sommet du Piton de la
Fournaise à La Réunion en octobre 2006. En avril 2007, un paroxysme éruptif a vidé le
cratère, et à cette place on observait alors un gouffre profond de 340 m…..! Depuis
cette vidange, le Dolomieu se remplit encore une fois….
Le Piton de la Fournaise est le volcan le plus
actif de la planète. Ce volcan de Point Chaud
à chimisme d’OIB* est là pour nous rappeler
qu’à côté de la tectonique des plaques,
certes essentielle pour expliquer la
dynamique de la lithosphère, le manteau de
notre planète Terre est animé de
mouvements convectifs d’origine
thermique qui obéissent à une mécanique
dont les rouages les plus profonds se situent
à la limite noyau/manteau et dans laquelle la
lithosphère joue un rôle très minime. Dans ce
reportage nous apportons quelques
éclaircissements sur des questions
classiques que posent la convection du
manteau et l’origine des Points Chauds et
nous fixons des éléments pour la
transmission de ces notions vers les lycées et
collèges.
* Ocean Island Basalt
Cliché : Y. Lagabrielle
Introduction
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1. Localisation de quelques structures non expliquées par la théorie de la Tectonique des
Plaques
La théorie de la tectonique des plaques explique convenablement un bon nombre des phénomènes qui caractérisent l’activité de la
lithosphère de la Terre. Les séismes, les grandes structures océaniques, les chaînes de montagne, les principaux volcans…, tout est
expliqué par la tectonique des plaques. Vraiment tout ? Non, la présence de volcans à signature géochimique d’OIB* situés au beau milieu
des plaques lithosphériques, loin de leurs frontières actives (Hawaï, La Réunion, Yellowstone,…) ou sur certaines frontières divergentes
(Islande, les Afars,..) n’est absolument pas expliquée par la tectonique des plaques.
(Smith, Sandwell, et coll.)
* voir chapitres 24 et 25
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2. Formulation de la théorie des points chauds
Une autre théorie que la Tectonique des Plaques
est nécessaire pour expliquer le volcanisme intra-
plaque à caractère OIB dont la source n’est pas le
manteau supérieur mais le manteau inférieur
enrichi. Cette même signature se retrouve
également dans le volcanisme de régions
particulières des dorsales océaniques présentant
des taux de production de laves anormaux,
comme l’Islande.
Cette théorie est celle dite des points chauds. Un
point chaud typique est créé à la surface de la
Terre lorsqu’un panache thermique de manteau
profond solide* remonte de la couche D’’ située
à la limite noyau-manteau, pour s’étaler sous la
lithosphère et donner naissance à un chapelet
d’îles volcaniques. Le manteau profond remonte
le long d’une pédoncule assez mince (500 km de
diamètre à la base, 150 km sous la tête), il s’étale
sous forme d’une large tête et les produits de la
fusion partielle du manteau du panache ET du
manteau local perforent la lithosphère pour
donner un volcanisme hyper-abondant parfois sur
un temps très court. On associe maintenant les
panaches aux LIPs (Large Igneous Provinces :
les Grandes Provinces Ignées) telles que les
trapps du Dekkan, le plateau Ontong-Java, les
trapps de Sibérie,…
La figure ci-contre donne la localisation et l’âge
des LIPs (A); la coupe d’un panache (B) et le lien
existant parfois entre tectonique extensive et
magmatisme de point chaud (C). Bien noter les
valeurs des températures.
Un panache se dit plume en anglais
* Attention à une erreur classique qui fait des panaches des venues de magmas. Non, il
s’agit de manteau solide, la fusion partielle ne commençant pas avant 100 km de
profondeur sous le Point Chaud.
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Tuzo Wilson, proposa dès 1963 que les plaques dérivent au dessus de points chauds fixes dans le manteau. Cette première formulation de
la Théorie des Points Chauds lui permit d’expliquer la structure remarquablement rectiligne de la chaîne de volcans hawaiiens. Celle-ci
s’explique par le mouvement de la plaque Pacifique vers le nord-ouest au-dessus d’un point chaud situé sous la grande île d’Hawaii (voir les
figures ci-dessus et la diapositive suivante). Jason Morgan, en 1971, proposa que les points chauds soient alimentés par des panaches
thermiques de matière chaude montant depuis la frontière noyau-manteau à 2900 km de profondeur.
2. Formulation de la théorie des points chauds (suite)
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