Geologie d`un point chaud actif: Theahitia - Archimer

OCEANOLOGICAACfA, 1990, VOL. SPÉCIAL 10
~
----~
Campagne Teahitia 1 :
Géologie d'un point chaud actif .
Teahitia-Mehetia, îles de la Société
(Pacifique Central Sud)
POÎnt chaud
Volcanisme
Tahiti
Teahitia
Pacifique sud
Hot spot
volcanism
Tahiti
Teahitia
South Padfic
J ean-Louis C HEMIN ÉE a, Roger HÉKINIAN b, J acques TALANDIER c,
Francis ALBAREDE d, Colin W. DEVEy d. Jean FRANCHETEAu e, Yves LANCELOT f.
a Observatoires Volcanologiques. IPG. 4 place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05.
b Centre de Brest, IFREMER. BP 70, 29263 Plouzané.
C Laboratoire de Géophysique, CEA. BP 640, Papeete, Tahiti, Polynésie française.
d CRPG-CNRS, BP 20, 5450 1 Vandoeuvre-lès-Nancy.
e Laboratoire de Géophysique Marine, IPG. 4 place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05.
r Laooratoire de Géologie Dynamique, Uni ver.;ité Pierre et Marie Curie, 4 place Jussieu,
75252 Paris Cedex 05.
Publié dans Mar. Geophys. Res. ( 1989), 11, 27-50, reçu le 03/11/89, version révisée le 12/06/90,
accepté le 28106/90
RÉSUMÉ
La zone du point chaud de Teahitia-Mehetia est située au Sud-Est de la chaîne volcanique
des îles de la Société vers 18°S - 148°0 ; elle est formée de plusieurs volcans actifs
couvrant une s urface d'environ 1 000 km 2• Les crises sismiques correspondent aux zones
d'activité volcanique récente. Celle-ci a édifié des appareils de tailles variées, composés de
différents types de coulées composées d'une s uite de laves alcalines allant des ankaramites
aux trachyphonolites en passant par des balsaltes alcalins.
La présence de tholéiites altérées du type MORB sur un petit volcan sous-marin suggère
que du matériel originaire d'une source mantellique différente entre dans la formation de la
croûte dans la zone du point chaud.
Oceanologica Acta, 1990, volume spécial 10, Actes du colloque Tour du monde Jean
Charcot, 2-3 mars 1989. Paris. 000-000.
ABSTRACT
Teahitia 1 cruise: geology of an active hot spot: Teahitia-Mehetia region in
the South Central Pac ific
The Teahitia-Mehetia hot spot region located in the southeastem extension of the Society
Islands chain, ncar 18° 5_148° W. consists of severa! active volcanoes. The distribution of
recen! volcanic activity correlates with seismic epicenters. and coveTS an area of more than
1 000 km 2• Intermittent volcanic activ ity has given rise to large (> 1 000 m high) and small
« 500 m high) edifices composed of various types of nows. Several recent volcanic evenlS
have produced a sui te of alkalic rocks ranging from ankaramites. through alkali basalts to
trachy-phonolites.
The presence of ahered MORS-Iike tholeiites on one small seamount suggests that a
different mantle source material was involved in forming sorne of the crust in this hot spot
region.
Ocean%gica Acta, 1990, volume spécial 10, Actes d u colloque TOUT du monde Jean
Charcot, 2-3 mars 1989, Paris. 000-000.
225
J.-L. CHEML"I"ÉE et al.
Du volcanisme intraplaque du même type avait déjà été
observé dans la plaque Pacifique: il s'ag it du volcan
sous-marin Loihi, à l'extrêm ité sud-est de la chaîne
volcanique d'Hawaii , manifestation extrême du point
chaud (Malahoff et al., 1982 : Frey et Clague, 1983 ;
Moore et aL, 1982). Néanmoins les contextes des points
chauds de Teahitia et Loihi sont différents. Mis à part
quelques différences pétrochimiques, Loihi semble êlfe
formé de venues magmatiques directement liées à
l'activi té volcanique du Mauna Loa et du Kilauea dans
l'île de Hawaii (Malahoff er al., 1982). Au contraire, dans
la chaîne volcanique des îles de la Société, la zone active
so us-marine ct l'île de Mehetia sont bien séparées
mo rphostructu ralement du dern ier massif volcaniq ue
éteint de Taiarapu.
INTRODUCTION
La chaîne volcanique des îles de la Société , longue
d'environ 400 km, est située dans le Pacifique Sud (fig. 1).
Se basant sur un âge déc roissant des roches volcaniques
vers le sud-est, Duncan et McDougall ( 1976) ont proposé
que cette chaîne soit la trace du passage de la plaque
Pacifique sur une source de point chaud qui se ra it,
maintenant. située entre 40 et 120 km au sud-est de la
péninsule de Taiarapu. Celte zone comprendrait au moins
quatre volcans principaux: Teahitia, Moua Pihaa, Cyana
et l'île de Mehetia (figs 1 et 2) . L'âge du plancher
océanique de la zone de ce point chaud est de l'ordre de
55 Ma, donc autour de l'anomalie 27 (Tracey ct al.,
1971 ), voire 65 Ma, ce qui correspondrait à l'anomalie 30
(Cande, 1986). Le déplacement de la plaque Pacifique
vers le nord-ouest a été estimé à 10- 11 cmla (Herron,
1972 ; Minster et Jordan, 1978). Si, depuis l'installation du
réseau sismique de Polynésie française en 1962, l'activité
sismique de la zone sous-marine de Mehetia-Teahitia a été
constamment suivie et étudiée (Talandier et Kuster, 1976 ;
Okal et al., 1980; Talandier et Okal, 1982, 1984a, b), en
revanche les études morphologiques, pétrologiques et
géochimiques n'ont concerné que la partie émergée de la
chaîne volcanique des îles de la Société (Lacroix, 1910.
1928 ; Mc Bimey et Aoki, 1969 ; Duncan et McDougall,
1976; Mottay, 1976; Tmcy et Robinson, 1977 ; Berger,
1981 ; Dostal et al., 1982 ; Grall et Okal, 1984).
L'étude réalisée lors du Tour d u Mo nde du NIO Jean
Charcot décri t le contexte géologique de plusieurs
volcans acti fs sous-mari ns s'édifia nt dans une zone de
point c haud ac tif. A part ir des données Seabeam et
d'éc han tillons des coulées de lave, on en déd uit la
répan ition et la composition du volcanisme dans celte
zone. De plus, une coupe du volcan Teahitia, faite à J'aide
du submersible Cyana, a permis de mieux comprendre
les processus volcaniques et hydrothermaux associés aux
événements sismiques enregistrés dans celle région par
Talandier et Okal (1984), sismicité que l'on associe à des
éruptions volcaniques.
Figure 1
Carte bath~trique seabeam de ta wnc du point ehaud de Teahitia·Mebetia étabtie per>darn ta campagne du N!O Scan Charoot en février 1986. Les sites
des dragues et la plongée Cyana som indiqués. L'équidi stance des oourbcs est de 100 m. Médaillon: cane générale de situation dans le Pacifique Sud.
Seabeam Ixlth)"melrÎc chart of the Teuhiliu·Meheria hot spot regiOIl made duriflg tlu: /986 cruise of the NIO JeUfi CharcOt. The dredges aM the dil"il1g
sites (CY 81-<i2) are ShoWI1. The contour UMS are dra "'l1 l':\1ery /00 m. Imet: location map oft/ll: Society vo/camc chain in the Soulh Central Pacifie.
226
TEAHmA • MEHETIA ; GÉOLOGIE D'UN POINT CHAUD AcnF
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de 200 m. La profondeur maximum (bleu ronœ) eSI de 3 800-4 000 m entre Mc!leùa Cl Rocard.
Blod diagram mad~from Ih~ S~alNam balhYfMlric dala shown in Figur~ J. TM view Is orltnltdfrom lM norlh -wtst tO Ih~ south-~a.rl
di,ection. Each C% U, band indicalts 200 m iruervab. lM maximum Ikplh (do,,, blu~) betwun Mehetla (lnd Rocard is J B004 ()()() m.
227
1.-L. CHEMINÉE el al.
été découvert (S toffers et al. , 1987), Sur ce "bulge" .
indé pendamme nt de s vo lcans, exi stent des pe t ites
collines et une couche sédimen tai re d'au moins 50 cm
d'épaisseur. Le bombement s'élève d'environ 300 à 500 m
au-dessus du plancher océanique environnant. L'origine
de ce bom bement crustal est inconnue et des travaux
complémentaires tels que profils de sismique réfraction
et fora ges seront nécessaires pour déterminer avec
précision structure et composition de cette croûte.
CADRE GÉOLOGIQUE
Les édifices volcaniques qu i ont été ident ifi és en mer au
sud-est de Tahiti. dont il s sont séparés de 40 à 120 km,
sont détachés de ce tte île c t sont bien individualisés
(fi g. 1). Il s forment généralement des édifices isolés
s'élevant jusqu'à 2 000 m au-dessus des fonds océaniques
environnants, dont la profondeur moyenne est de 3 750 à
3 800 m (figs 2 el 3). Seule l'île de Mehetia est émergée
ct le vol can Moua Pih aa. plus au Sud , atteint une
profondeur de 160 m sous le niveau de la mer. Au-delà
de Mehetia, limite orientale de la zone de point chaud, le
plancher océanique ancien atteint une profondeur de 4 100
à 4 200 m (fig. 1). En fonction de leur morphostructure,
on a distingué deux types principaux de volcans:
• les petits édifices (hauteur S; 600 01), plus ou moins
circu laires, possédant éventuellement des caldeiras et
semblables aux collines abyssales (Batiza et Vanko,
1983, 1984 ; Searle, 1983; Fomari el al" 1984) ;
• des volcans composites de plus grande taille (hauteur>
600 m) avec des structures complexes.
La panie nord de la zone étudiée est essentielleme nt
fonnée de petits volcans dont la hauteur est généralement
inférieure à 600 m CI dOnl la hauteur moyenne est de
l'ordre de 300 m, avec un diamètre de base de 5 à 6 km,
Les sommels culminent à 2 900 m et peuvent avoir des
structures cn forme de calde ira, La présence de ees
volcans a d'abord été détectée à partir des événements
s ismiques avant d 'êt re reconnue au cours de l a
carlographi e Seabeam de la zone. La drague DR2
réalisée sur le flanc de l'un de ces édifices a donné des
basaltes alcalins et tholéiitiques. Les volcans composés •
dont la haute ur est supérieu re à 600 m, montrent de
nombreuses parti cularilés géné tiques complexes. Ils
forment les édifices volcaniques principaux (figs 1 à 5) CI
leur complexité structurale est liée à leur taille. Ils ont
des cônes adventifs et des éperons allongés radialement
( fi gs 3, 4 , 5). Les quatre s truc tures volcaniques
principales: Teahit ia, Rocard , Mehetia et le volcan
Cyana ont été canographiées à l'aide du Seabeam. Ils
sont distants les uns des autres d'environ 40 km (fi g. 1).
Une étude récente menée par Je ES , Sonne (1987) :1
apponé de nouvelles données sur la géologie de cette
rég ion. Un bombement rég ional , dont la surface est
comprise cnlre 3 700-3 900 m de profondeur, ayant une
centaine de kilomètres de large et couvrant une surface
de plus de 10 000 km 2 entre Tahiti et J'île de Mehetia, a
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Cane bath vmérriquc
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du volcan Teahilla. L""quld isrance dcs courbes CSI de 20 m.
De/oUed SeIJw(ll1l oo/hymf /ric chaTt of 'felJhilia l 'o/cano orfO matk during lhe 1986 cruise oflhe NIO Jean Cha/COI. The COlllour l ints o,e (irOli'lI
228
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20 m.
TEAHITlA - MEHETIA : G~OLOGIE D'UN POINT CHAUD ACfIF
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Carte baihymé Lriq ue détaillu du volcan Roclllll. L'tquidistanCe des courbes esl de 10 ffi.
Delailed Seabeam OOllrymelric dWrI of Rocard ,"oleano rna;û during Ihe 1986 cr" Îse b/NIO Jean Charcot. The COMOur UIUS an drawn el/Ur 10 m .
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Figure 5
Cane baihymétrique détai llée du n anc sud du volcan Mchelia.. L'tquidisWlCe des courbes est de 20 m.
Detailed Swkam oolhymelrÎC chari of w "IMrnflank of M~ht'Iia voICUIW rna;û duri"g lM 1986 cr"ise
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~'uy
20 m.
229
of NIO Jean Charcot. The COn/OIU IÎIUI art
l-L. CHEMINÉE el al.
Le TEAHITlA (fig. 3). ou "feu deboul" en polynésien,
s'élève jusqu'à -1 450 m. Son sommet CSI formé de trois
pics et quelques cônes circulaires d'environ 100 m de
haut se trouvent sur les flancs. C'est une des structures
sous-marines principales. Les plus remarquables de ces
petits édifices latéraux sont approx imativement allgnés
no rd -s ud , direction plu s o u moi ns parall èle aux
anomalies magnétiques. et donc aux isochrones de la
croûte. ce qui amène à penser que la structure de la
croûte a dû jouer un rôle imponant dans l'ouvenure des
fi ssures émissives.
Une plongée sur le nanc sud-ouest de Teahitia (fi g. 6)
(CY 83-62) a été fa ite en 1983 avec CYANA ; elle a
dé buté à une profondeur de 2 714 ru , sur un fond
recouvert de sédiment avec quelq ues affleurements
basaltiques.
Des escarpements de 3 à 20 m de haut avec à leur base
des talus de débri s sont répartis eOlre 2 500 m et le
somm e t d u volcan. Ces falaise s re présentent
probablement les front s de coulées. A partir de 2 200 m,
le sédiment d isparaît ct l'empile men t de coulées est
apparent. Ces coulées sont paniellement recouvenes de
fragments de roche provenant des fomlations supérieures
composées essent Îellement de "tubes" ct de "pillows"
dont les diam è tres va rien t de 1 à 3 m et dont le s
long ue urs peuven t atte ind re de 5 à 10 m. Bien que
fraîches. les roches n'ont pas l'aspect vitreux et brillant
que l'on observe sur les coulées tholéiitiqucs typiques de
la ride Est-Pacifique.
La taille des fonnalions varie considérablement ct on y a
observé des pillows géants, souvent plus gros que Cyana
(soit plus de 6 ml, près du sommet du volcan c'est-à-dire
ve rs 1 580 m. De s évents hydrothermaux basse
température en forme de cheminée ont été découverts
sur le bord d'un escarpement de 20 m de haut à 1 460 m
(fig s 6 c t 7). Des dépô ts poudre ux brun-rouge
d'hydroxyde de fer (Si 0 2 = 9.23 ; Fe. 0 3 8 1,86 ;
Hoffen el al., 1987) sont répandus tout autour du site, les
cheminées é la nt e ll es-mêmes form ées de ce même
matériel , plus com pact bie n que très fra gile, avec
quelques rares encroûtements de manganèse.
La température de l'eau de mer autour de Cyana au
niveau du site était de 3,25°C, soit D,5°C au-dessus de la
te mpérature moyenne de la zone à ceue profondeur
Le ROCARD (fig. 4) est un volcan relativement petit,
avec moins de 1 600 m de haut. Plu si eurs cônes
volcaniques adventifs sont distribués sur le flanc nordouest du volcan dont deux cônes circulaires de 100 et
300 ru de haut.
Le MEHETlA (fig. 5) est le plus grand des volcans dans
la zone: il atteint 435 m au-dessus d u niveau de la mer.
Son diamètre de base est d'env Îron 20 km. Au sud de
l'île. dans la zone bien cartographiée, et particulièrement
là où ont été enregistrés des essaims sismiques en 1981 et
où on t é té dragués (D R 1) vers 2 500-2 70 0 m de
profondeur des basaltes à verre frais, il existe des cônes
adventifs. Le volcan Mehetia montre dans sa partie sousma rine des rides et éperons rad ia ux fo rmant des
struc tures en "étoiles de mer" (Vog t ct Smoot, 1984)
allant de la zone sommitale jusque vers 3 000 m. Ces
éperons sont probablement dus à des éruptions issues de
fi ssures émissives radiales le long de "rift zones" sur les
flanc s des volcan.<;. comme cela a été trouvé pour les
guyots Geisha et les îles d'Hawaii (Vogt et Smoot, 1984).
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Figure 6
Interprétation
g~ologiquc
de la plongée CylUla CY 83-62. Les numéros des
é~han!illons CI
des pholos som indiqués le long du profil.
Geological ilIIerprefwio'l ofCY 83·62 CyUfW diw!. PlW/Qgruph aTUi sumple "umber are slw ...·" along Ihe profilt.
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Figure 7
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Pho!Ogra!il1eS de SÎICS volC&rliques el hydrothcm1auJ( prises $Uf le volcan sous-marin Teabitia.
1 - ÉvcnI hydrothcrmaJ actif du sommet du volcan où le rnoim.~ des filides Wsc temptraturc a été rc~1t H4~ ml. 2 - Concrétions hydrothermaks inactives
situ6es au pied d'un ~ 15 m au-dessous du ctwnp ICtif. Sile de r~Uon Cy 83-62-5 (- 1 469 m). 3 - Tube de lave près du sile de l'~tillon CY
83-62-3 (. 2 017 ml. 4 . Couche indurée de hyaJocLastiles sur les Ilancs dl volcan (-2 557).
&xlomphOlographsoflrydrmhumaJ and voIamicsfi./!uu lllWI Of! lM Ttahi/w_.
1 - A.ctil'e h)~rmol \'ellllocaud 0fI1~ slUN1lit oflM I"OIcDllO ...·hur slIinvMring 0{ low ltmperolunjluid..w utn (ckpth J 454 ml. TonptralUrt UIIS6f'J 0 11
lhe C)W\(I sno-,.-ed ail Î/ICFNSe ÙI ambi./!N U!~mlun of aboul half CI dt-~ru. 2 . A ikod hydroIhermol field showing "cUlldle I~· drips al lhefoot of u scurp
~Math (abcnd 15 m bdo ...) lhe aclÎI't!fidll (1). Pic/un fDkefl al/he sm:tpling cr 81-62-5 (dqHh /469 ml. j - TubuJar pilla"" knuj/qwin8 down $I~ Mar lhe
somp/ing cr 8J-&-] (de~h 2 017 mJ. 4 • FIoJ l)'i/l8 sIob o{h)'woclasliltfound olllhtflonk uf/he IWC(IJIO (dtpth 2 557 ml.
~
l.~L
CHEMINÉE ctal .
(2,7°C). Le moirage de l'eau a été observé au-dessus de
quelques cheminées. Des encroûtements hydrolhennaux
de même nature avaient été dragués sur le volcan sousmarin Loihi (De Carlo et al., 1983).
Les échantj]]ons de MehelÎa (DR 1) ct Teahitia (DR3 et
CY 83-62) sont des morceaux de piUows et de tubes très
frais e t très bulle ux. Il s contien nent des xénolites
d'olivi ne (fi g. 7, n03). Un échantillon de hyaloc1aslite
(CY 83-62-2) compos é de fragment s vitreux frai s
cimenté s pa r de l'ox y hydroxide de fer (goethitelimonite), dont l'origine est probablement hydrothennale,
a été récolté au sud-ouest de Teahitia, à une profondeur
de 2 500 m. Des morceaux vitreult de cet échantillon ont
été analysés : ils ont une composition de basalte alcalin
évolué semblable à celle des laves fonnant le volcan
(tab. II). Dans la zone d'échantillonnage se trouvait sur le
sédiment recouvrant le fo nd (fig. 7, n04) une mince
couche de hyaloclastite (l à 3 cm) .Les échantillons de la
zone sismique active nord (DR2, fig. 2) sonl très altérés
et supposés anciens.
LES ÉCHANTILLONS
Le contenu de quatre dragues et les échantillons pris par
Cyana au cours de la plongée CY 83· 62 constituent la
collection de cette étude. Les échantillons de la première
drague (notés DRJ...) ont été ramassés cntre 3 000 et
2 400 m de profondeur sur le flanc sud-est du volcan
Mehetia, dans la zone de l'essa im si smique de 1981.
Ceux notés DR2... viennent du sommet de la bordure sud
de la caldeira d'un petit volcan si tué au nord-ouest de
Teahi tia (figs 1 el 2) et qui a été le siège d'une crise
sism ique en 1985 . Les échantillons y onl été dragués
e ntre 3 500 el 3 000 m de profondeur. Teah itia a été
échanti ll onné pa r la drag ue n03 (échantill ons notés
DR3... ) et par Cyana. La drague a été faite entre 2 600 m
et 2 100 m de profondeur, sur le flanc sud-est, tandis que
la coupe réalisée à l'aide de Cyana l'était sur Je flanc sudouest (fig. 6). La dernière drag ue (échamillons nOlés
DR4 ... ) a concerné le fl anc sud-est du volcan Rocard,
entre 3 000 et 2 500 m de profondeu r. Les types de
roches récoltées ainsi sonl essentiellement :
• des tubes de lave en pillow montrant un débit radial :
• des morceaux de lave en draperie montrant des fonnes
cordées el/Ou Slriées :
• des coulées bulleuses à surface vÎlreuse :
• des échantiUons prismés lIlassifs :
• des hyaloclastites.
De nombreult pillows sonl caractérisés par des couches
concent riq ues de refroidissement mo ntrant alternativement des zones minces « 1 cm d'épaisseur) de
roche compacte cl des zones plus é paisses (> 1 c m
d'é pai ss eur) très bulleuses. Cette zonat ion es t
probablement due à des injections successives de lave
d a ns les diffé rents types. Les couc hes bull euses
correspondraient à l'arrivée de petites quanti tés de lave
entraînant une di:ninution de la pression dans le tube et
donc la fonnat ion de bulle dans cette lave. Les zones
plus compactes, ct plus fi nes, résulteraient probablement
d'un refroidissemem entre deult arrivées de lave.
Les échanlillons de roches récoltés dans les diffé rents
sites sont classés suivant le ur minéralog ie et leur
composition chimique en quatre groupes principault :
• ankaramites :
• basaltes alcalins;
• basaltes à faible teneur en K ;
• trachytes.
Les compositions chimiques et minéralogiq ues sonl
reportées dans les tableaux 1, n, ID et IV.
Anka ramite
Ce tenne désigne, ici, deult échamillons très bulleux avec
des cr istaux (DR2-I, Mehetia), essentiellemen t de
c1 inopyroltène et d·olivi ne. Les mégac ris taux e t les
phénocristault de c1 inopyroltène ont une compos it ion
d'augite diopsidique (WQ.l8 cn42, fS lo) el som associés à de
l'olivine (Foso.l, tabs l i, IV). Ils som insérés dans une
matrice d'augite ti tanifère (W049 e032 fS! 9. tab. 1) et de
spinel chromifère. Les c1 inopyroxènes de la matrice sont
aciculaires et ont une tCltture dcndritique due à la trempe.
Des types de roches semblables avaient été auparavant
s ignalés dans la zone de Tahi ti-Ta ia rapu par Berger
( 198 1). Les ankaramites sont ric hes en magnés ium:
MgO = 12-16 % et ont des concentrations très élevées en
Ni et Cr (400-500 Cl 600-700 ppm respectivement).
De tous les échant illons récoltés su r les différents
volcans, les plus frais viennent de Rocard (DR4). Ce sont
des échantillons vitreult el bulleux dom les bulles som
aplaties avec des parois plus ou moins parallèles. Des
morceaux d'échantillons vi treux ont jusqu'à 30 cm de
large avec des bulles lenticulaires de 2 cm de long. Après
avoi r ét é remontés à la surface, ces échantillons ont
pendant quelques jours explosé sur le pont du bateau en
dégageant une forte odeur de H2S. Un phénomène
semblable ("popping rocks") observé sur des échantillons
de la ride médio-atlantique avait été attribué à la mise en
place récente de laves dom les gaz n'avaient pas encore
eu le temps de s'échapper des bulles (Hékinian el al.,
1973; Chaigneau etai.. 1980).
Basaltes alcalins
Les basaltes alcalins ont é té récoltés à Mehetia et
Teahitia. Des analyses chimiq ues représentatives sont
données dans les tableaux 1 et Il Les échantillons sont
gé néralement lTès bulleux avec une mince bordure
vitreu se de refroidissement contenant de nombreux
microlites et des cri s tault primai res d'ol ivi ne,
c1inopyroltène, plagioclase et spinel chromifè re. De
mêm e , la part ie inte rn e c ri s talli sé e montre de s
phénocristaux d'olivine (FOlS-Fou ), plagioclase (an60
on abn) et d'augite litanifère ( W Q48 e037 fSls). La pâte est
fonnée de micralites de plagioclase et clinopyroltène.
232
TEAHITlA - MEHETIA : GËOLOGIE D'UN POINT CHAUD ACTIF
Tableau 1
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Tableau III
Analyses 11 la microsonde de pMnocriS!aUll C! mkrophéllOCriS!aUll d'olivine du point chaud de Teahilia·Mehelia (m~ mes symboles qu'au w.b. 1)
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Tableau IV
Analyses to la microsonde de pI":nocrist.lIu de clioopyrollènes et de plagioclases du point chaud de Teahilia· Mehctia (mêmes symboles qu'au lab. 1).
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234
TEAHITIA-MEHETIA : GÉOLOG IE D'UN POINT CHAUD ACTIF
Quelques éc hantillon s ( par exe mpl e CV 83-62)
contiennent des m icroli te s de biot ite et de petites
quantités de verre brun interstitiel (Martin, 1984). Des
traces de palagonitisation du verre sont visibles. La
composition des basaltes est assez variable: Mg # va de
50 à 67 (tabx 1 el fi). La teneur en Si02 varie enlre 43 et
47 %, celle de K20 entrc 1,5 el 3 % et celle de Ti02 entre
3 et 4,3 %. A partir des composi ti ons ch imiques et
minéralog iques, on peut séparer les basaltes alcalins en
deux types : l'un mo ins évolué (DR3-2, DRI -P3-3. DRI P 1- 1) et l'autre plus évolué (CY 83-62-4, 3, 2, 1 ; DR I-24; DRI -PI -3 ; DR3- 11 ; DR3-9). Les basaltes alcalins
les moins fractionnés sont caractérisés par Mg # élevé
(57 à 71) et une te neur e n fors térite des olivines
supérieure à F08l (tab. 111 , fig, 8). Les basaltes alcalins
les plus évolués ont un Mg # relativement plus faible
(47 à 57) et des olivines appauvries en Mg (F07S à F08l)
(tab, W, fig. 8),
plus ancien que les basaltes alcalins de cette drague n02
(DR2- 1 par exemple) et que ceux des autres drag ues
faites dans la zone Tcahitia-Mehetia. Il est donc possible
que les tholéiites soient issues de l'activité d'un ancien
volcan sous-marin lié à la ride et n'aient ainsi aucun lien
avec l'activité actuelle du point chaud. Des datations
fai tes sur du sédiment induré a ssocié à ce piJ10w
donnent, par l'étude des foram inifères, des âges compris
en tre 50 e t 60 Ma . La diffé re nce e ntre le s roc hes
alcalines (ankaramites, basaltes alcalins et trachytes) et
lcs Iholéiites apparaît nettement dans l'aspect bulleux de
celle s- là. Elles sont en o utre enri chies en é léme nt s
volatils (HzO' > 1-3 %).
Des quatre groupes de roches dont la description a été
esquissée ci-dessus, les basaltes alcalins sont, de lo in, les
plus abondants. On les a trouvé à Teahitia, Meheli a et
également. mais en plus petite quantité, sur le volcan de
la zone nord . Le ur co mpo sition varie de s basaltes
évolués (MgO = 5 à 6 %, ex : C Y 83-62-4, tab. 1) à des
basaltes picritiques ct associations picrites-anka ramites
(MgO = 12 %, ex : DR2- I, tab.
Cette variation serait
le rés ult at d ' un fr actionnement d'olivine et d e
clinopyroxène. les ankaramites se situant dans la partie la
plus basique de celte évolution. Les phénocristaux et les
mégacristaux rencontrés dans celles-ci seraient d'origine
primaire . La lacune entre les trac hytes et les roches
basiques re nd diffic ile l'h y pothèse d'une relat ion
cogénétiq ue. Les éludes isotopiques (Devey et al .. sous
presse) montrent également des différence s entre les
trachytes et les autres laves. On ne sait pas encore si ces
différenl:es sont dues à la SOUTl:C magmatique ou à dt: ~
événements uhérieurs (par exemple une interaction avec
de la croûte océanique ahérée et/ou des sédiments).
En outre, compte ten u de le ur teneur e n néphé li ne
normative relati vement élevée, on pourrait aussi parler de
basanites pour ce qui concerne les échantillons évolués.
Des xénolites et xénocrystaux d'olivine (F081-Sl) et de
sp ine l chromifère ex istent dans quelques échantillons
(ex: CV 83-6 1- 1).
n.
Trachytes
Ils ont été trouvés seulement sur le volcan Rocard, Ils
sont formés à peu près essentiellement de verre avec
qucIques phémx;ristaull J 'olivinc ril:hc t:11 ft:f (FO<>!I) aÎJlsÎ
que d 'apatite, de magnétite. de feldspath alcalin ct de
mica parti e ll e ment réso rbé (tab. Ill ). To us les
échantillons ont des teneurs faibles en TiOz « 1,33 %),
un fa ible Mg # (34 à 45) et un rapport Nru0/K20 proche
de un. Les teneurs en alcalins sont élevées : enlre 5 et 7 %
de NruO et de K20 (tabx 1 et 11).
La fi gure 9 montre des profils pour les Terres Rares des
quatre volcans. avec l'enveloppe de ces éléments pour les
basaltes et basanites dragués sur le volcan sous-marin
d'Hawaii, le Loihi. Les échantillons alcalins de Teahiti a
(DR3-2), du volcan sous-marin de la zone nord (DR2- 1)
et de Mehetia (DR I-P3-3) ont une évolution qui leur est
parallèle mais avec des concentrations plus élevées.
L'échant illon trachytique de Rocard (DR4-2), avec sa
concentration très élevée en T.R. (tab. 1), montre l'origine
très fractionnée (Mg # 37). DR4-2 a une légère anomalie
négati ve en Eu e t une évolution e n T.R. légèrement
concave due probablement au fractionnement plagioclase
+ pyroxène/amphibole. Le rapport Ce/Yb est cependant
semblable à ceux des basaltes (Ce!Yb = 52 pour DR4-2,
45-55 pour les basaltes). L'échantillon DR2-7, quant à
lui, a une signature MORB Iypique (S un et al., 1979)
avec un appauvrissement très important en Terres Rares
légè re s, con trastant avec l'e nrichissement que l'on
observe pour les échantillons alcalins (fig, 9, tab, 1).
Les di fférences analytiques observées entre roc he totale
et résullats à la microsonde sur un même échantillon sont
dues à la présence d'associations xénol ite-xénocristaux et
à la quantité de minéraux dans la bordure figée (tab. 1 et II).
Basaltes à faible teneur en K
Ce type de roche est représenté par la croûte vitreuse de
l'éc hantillo n DR 2-7 qu i, à part cette bordure , es t
com plèteme nt altéré . Une bonne partie du ve rre est
palagonitisée et la partie intérie ure des frag ments de
pillows a une couleur brun jaune claire. Les rares microphén ocris taux d'oliv in e ( F O!9) so nl assoc iés à
d'occasionnels plagioclases, L'éc hantillon anal ysé a de
faib les teneurs en K ~O « 0 ,02 %). Ti02 (0,73 %) et un
Mg # élevé (72). L'échantillon dont le verre a été étudié
est intérieu reme nt très altéré et la c roûte vitreuse est
recouverte d'un encroûtement de Mn dont l'épai sseur
atte int 10 c m par endroit. Ces a s pec ts donn e nt
l'impression que cet échantil lon (DR2-7) est beaucoup
Les basaltes alcalins de Loihi et les roc hes volcaniques
de Honolulu représentent respectivement les produits
alcalins primaires ct tardifs des volcans hawaiiens. Loihi
est un volcan sous-marin actif récent édifié sur le fl anc
sud-est d'Hawaii; on considère qu'il représente les stades
235
J.-L CHEMINÉE el 01.
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Fig ure 9
Evolution des Terres Kan:s oormalisées au;!; Chondriles. Les parties Ilachurées sont ec lles des basanites et basaltes alcalins
du !.oih; et des roches d'iionol ulu. (Frey et Clague, 19113),
Chondrile nornll.lli:ed fClfe-earlh e/eme.nl pallern.s. Da/a g;"en in Table Il. Fields are lhou of Loihi hasan/tes and altDli
basa/IS ine/cul"lg I/onolu/u \'()/carlÎCs. Wrq and Clague, 1983).
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DiSlributioll of e{mluJua~ eplumers delermilled 11)' the sâsmologiwl Il,,(MWI( oflM gl'ophyslcallaboralory (Commissarial ~ rÊnergie Atomique) III
frellch poIyllfira dun"g the 1982· / 985 SMurnu 011 teahitia.
236
TEAHITlA-MEHETIA ; GÉOLOGIE D'UN POINT CHAUD ACTIF
comparée à l'activité volcanique. Par e",emple, après les
crises sismiques de 1982 et 1983 à Teahitia, des évents
hydrothermau", actifs ont été découverts au cours de
l'e'''ploration en submers ible de 1983 au sommet de
Teahitia, seulement en un endroit décalé par raplX"'rt à la
locali sati on de l'essa im sis miqu e principal. Il y a
également une bonne corrélation entre les périodes
sismiques et l'extens ion du point chaud. En effet. la
première crise sismique majeure a été détectée sur le
flanc de Mehetia pendant Mars 1981 . Jusqu'ici. Mehetia
est le volcan aclif le plus oriental du point chaud des iles
de la Société. Des études récentes faîte s avec le F.S.
Sonne (Stoffers el al., 1987) montrèrent qu'il n'existait
aucune structure volcanique récente à l'est de Mehetia.
Une année plus tard. en 1982. l'acti vité était localisée
autour de Teahitia. Ce saut de 90 km de l'activité vers le
nord-ouest est remarquable. La erise de 1982 concernait
la partie sud avec une migration de la sismicité de l'est
vers l'ouest.
initiaux de la mise en place d'un volcan hawaiien (Moore
el al., 1982 ), les séri es volcan iques pos t-érosio n
d'Honolulu étant les tout derniers produ its du volcan
d'Oahu (Garcia et al., 1986). Bi e n que les basaltes
alcalins dragués dans la région de Tahiti proviennent de
volcans jeunes et actifs , on note ra que , e n ce qui
concerne les Terres Rares, ils sont plus comparables aux
basanites tardives de Loihi et des volcans hawaiiens.
ÉVÉNEMENTS VOLCANIQUES ET SISMICITÉ
Depuis le début de l'installation du Réseau Sism ique
Polynésien, e n 1960. jusqu'en 1980, seulement 400
séismes environ ont été enregistrés. Ils étaient localisés
dans la zone Teahiûa, Moua-Pihaa et Rocard. De 1981 à
1985.35000 séismes de magnitude ML > 1,0 ont été
e nregistrés. réparti s en cinq c ri ses principales. La
première eut lieu dans la zone sud-est de Mehetia, les
suivantes dans la zone de Teahitia en 1982, 1983, 1984 et
1985 (fig. 10 e t I l). La dernière crise a montré des
trémors de haute fréq uence, d'intensité élevée, dont la
du rée a atteint 200 heures. On attribue cette forte
sismicité à la montée du magma dans la croùte et les
édifices volcaniques (Talandier et Okal, 1984 et 1987).
L'essaim sismique de la crise de Mehe ria en 198 1 est
centré sous l'éperon volcanique sud-est situé à e nviron
6 km du sommet de Iïle et 1 700 m de profondeur. Les
essaims des crises de 1982 à 1985 sont localisés dans
une zone triangulaire d'environ 30 km, sur une base de
40 km, orientée sud-ouest/nord-est, incluant notamment
le volcan Teahitia (fig s 3 et 10). La ré partition des
sé ismes co rrespond , à mieux que 2 km près . aux
struc ture s volcaniques reconnues s ur la carte
bathymétrique Seabeam (figs 3 et 10). Celle incertitude
est due en partie aux difficultés de localiser en absolu les
épicentres, les positions relatives restant bonnes. Cette
incertilude pourrait aussi venir de la di stribution des
différentes chambres et conduits magmatiques pouvant
être décalés par rappo rt aux édifices vo lcaniqu es
principau",. La répartition chronologique des événements
sismiques montre la nat ure irréguli ère de la sismicité
La crise de 1983 a consisté en un seul essaim à l'ouestsud-ouest, à pro",imité du Teahitia. Les crises de 1984
ont été caractérisées par plusieurs essaims dispersés dans
la zone nord-est du volcan. Aucun modèle défini n'y a
été observé pour la mÎgration de la sismicité. Enfin la
crise de 1985 a co nsi sté en un premier épi sode
volcanique, situé au nord - nord-ouest de Teahitia, suivi
d'un second épi sode très fort dans la même direction ,
mai s plus éloigné de Teahitia. à la limite de la zone
étudiée, et concernant la zone des petits volcans décrits
précédemment dont l'un au moins a une caldeira (fi gs 2.
3 e t 10). Celte dernière crise a relaché un maximum
d'é nergie avec plus ie urs sé is mes de mag nitude
relativement élevée (ML :$ 4).
Ju squ ' ic i aucune corré lat ion n'a é té vue e ntre la
compos it ion de la l ave et l es diffé re nts t ypes
d'événements sismiques. Néanmoins, nous avons trouvé
les basaltes alcalins à inclus ion de ",énolites sur les
volcans les plus imlX"'rtants (Teahitia et Mehetia) où les
hypocentres des séismes sont les plus profonds de la
zone. Le volcan Rocard, où les coulées trachytiques les
plus fmiches ont été échantillonnées et qui a été le siège
IG000 r----------------------------------------------
..
l e00
,
,.
Figure Il
Histogramme du nombre de tremblements de terre par trois jours enregislrés au coors de la période 198 1-1985 dans la zone du point chaud de
Te;ahitia-Mellctia; Les cinq crises principales sont de l"ordI c de 4 (0) (1981), 8 (0) (1 982), 3 (0) ( 1983), 8 000 (1984) et 10000 (1985)
~ISmesde mapulude :l!: 1.
HÜf08rams of tht nW11btr '/ tartluiutJkes. using 3 M y M/induwJ, ucortkd durin8 tht / 98/ -/985 ptriod in the hot spor "gion o{ Ttahilia·
Mtllerw. Thefil'e principa l M/Drms inc1uJe 4 ()()()(/98/). 8 000 (/982). 3 000 (/983), 8 000 (1984) and /0 000 (/985) eartliquakes of
magnirude ML 2 /.0.
237
J.-L. CHEMINÉE n 1/1.
des événe ments sismiques les plus récents avant la
période 1981 -1 985 (Ta landier et Kuster. 1976). ne
montre aucun xenolite.
fo rteme nl e nrichi e en Te rres Rares légè res, a une
évolution rapide des Terres Rares. Les concentrations en
Terres Rares sont bien pl us élevées dans les trachytes que
dans les basaltes alcal ins les plus évol ués (à l'exception
de Eu env iron deux fo is plus important). bien que les
rapports Ce!Yb soient plus ou moins les mêmes dans les
deux gro upes. Quand on compare le s laves du po int
chaud Teahitia-Mehet ia à celles du Loihi, on observe que
les premières son! pl us riches en alcalins el titane el
qu'e ll es pourraie nt êt re plu s représe nt atives du
volcanisme intraplaque.
CONCLUSIONS
La zone active du poi nt chaud de Teahi ti a- Mehetia
s'étend sur environ 8 000 km l . De nombreux appareils
volcaniques de toutes tailles y SOnt dispersés sur un fond
océa niq ue recouve rt d·o ndulati ons. A u co urs d'une
campagne récente du F S. Sonne, il a été montré que celle
zone constitue un bombement. Par leurs structures et la
morphologie de leurs laves, on a montré que les édifices
vo lcaniques se trou vaie nt à des stad es d'é volution
différents. Les plus peti ts apparei ls, en même temps les
moins évolués, seraient les plus nombreux; ils présentent
souvent une caldeira.
L'échantillon Iholéiitique analysé montre une évolution
des Terres Rares typiquement N-MQRB : il est beaucoup
plus ancien que les échant illons alcalins émis bien plus
récentm ent ains i que l' é pais enc roû tement de Mn
l'indique. Cette fo rmation thol éiitique aurait pu être
reliée à une phase tout à fait initiale de la fonnation du
point chaud , mais l'âge trouvé récemment (N. Mikkelsen
comm . pers.) de 50 à 60 Ma la ratt ac he bie n pl us
sûrement à une construction mise en place près de la
ride, celle fo rmation appaniendrait donc à la croûte.
Les crises sismiques enregistrées dans la zone étudiée
sont locali sées s ur. o u à prox im ité imméd iate , des
volc an s so us- marin s déco uve rts au co urs de la
bath ymétrie. volcans qui, à l'exception de Teahitia et
Roc ard . étai ent ju squ 'i ci inconnu s, La zo ne o ù la
s ismicité est la plus intense correspond généralemem li
celle où les événements volcaniques ct hydrothennaux
sont les plus réce nt s. Cependant la ré partition des
é pi cen tres ne corres pond pas nécessa irement avec
précision aux édifices volcaniques majeurs, soit que la
localisation de ceux-là ne soit pas suffi samment précise à
celle échelle, soit (ou et) que des chambres magmatiques
ct des conduits volcaniques de mise en place récente ne
soient pas di rectement liés aux édifices majeurs.
Remerciements
Nous remercions parlic uli èrement le Commissariat à
l'Energie Alomique (M. Loyer, Labomtoire de Détection
Géophysique) pour sa panici pation au financement de la
campagne Teahilia 1 du N/O Jean Charcot.
No us re me rc ions le grou pe Sea beam d 'ATDO Il
IFREMER-Brest pour le tmitemenl des données.
Nos remerc iements VOnt également au Commandant
G. de Froberville pour son aide au cours de la campagne,
à M. M. Voisset. chef de mission de la campagne Cyasitc
au cours de laquelle a e u lieu la plongée CY 83-62, au
Commandant A. Girard ct à tout l'équipage du N/O
Jean Charcot.
Les laves mises en place sur les différents édi fices sont
essent iellement foOll ées d'une suite de basaltes alcalins
forleme nt enrichi e comprenant des ankaramites. des
basaltes alcalins à oli vi ne ct des trachytes, les basaltes
alcalins étant les plus abondants. Toute cette s uite.
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