Chapitre 9 — Les zones de divergence · Topic 1 : Dorsales et création de la lithosphère océanique · Leçon 1.1
🎯 Objectifs pédagogiques
À la fin de cette leçon, tu sauras :
- décrire la morphologie d’une dorsale et distinguer dorsales lentes et rapides ;
- expliquer le mécanisme de décompression adiabatique qui provoque la fusion partielle des péridotites ;
- relier la fusion partielle à la formation des basaltes et gabbros de la croûte océanique ;
- identifier les pillow lavas comme marqueurs d’une éruption sous-marine ;
- construire un argument scientifique pour identifier une dorsale à partir de ses roches.
🧭 Plan de la leçon
- Morphologie des dorsales : reliefs sous-marins et rifts
- La décompression adiabatique : pourquoi le manteau fond aux dorsales
- Les roches formées : basaltes et gabbros
- Structure de la croûte océanique néoformée
- Argument scientifique : identifier une dorsale à partir des roches
1. Morphologie des dorsales : reliefs sous-marins et rifts
Les dorsales océaniques forment le plus grand système montagneux de la planète : une chaîne de montagnes sous-marines d’environ 65 000 km de long, ceinturant la Terre comme les coutures d’une balle de tennis. Elles se situent à l’axe des zones de divergence, là où deux plaques lithosphériques s’écartent.
Dorsales lentes (ex: dorsale médio-atlantique, 2-5 cm/an d’expansion) : présence d’un rift central bien marqué (vallée d’effondrement de 20-50 km de large, 1-3 km de profondeur), reliefs escarpés et irréguliers. La lithosphère a le temps de se refroidir entre deux éruptions, créant ce relief accidenté.
Dorsales rapides (ex: dorsale Pacifique Est, 8-18 cm/an) : sommet arrondi sans rift marqué, reliefs plus doux. L’alimentation en magma est si rapide que le volcanisme comble continuellement le rift.
2. La décompression adiabatique : pourquoi le manteau fond aux dorsales
À première vue, il peut paraître paradoxal que le manteau fonde aux dorsales : on n’y injecte pas de chaleur supplémentaire. La fusion est due à un mécanisme différent : la décompression adiabatique.
Dans les zones de divergence, la convection mantellique entraîne une remontée de l’asthénosphère vers la surface. Les péridotites (roche du manteau = lherzolite) remontent sans échange de chaleur avec leur environnement (remontée adiabatique).
En remontant, la pression diminue. Or, le point de fusion d’une roche dépend de la pression : quand la pression baisse, le point de fusion baisse aussi. Les péridotites atteignent un niveau de pression où leur point de fusion devient inférieur à leur température actuelle → elles fondent partiellement, sans qu’on ait besoin d’apporter de la chaleur de l’extérieur.
Taux de fusion partielle : environ 10 à 20 % de la roche fond. La partie restante (harzburgite, appauvrie en pyroxènes) reste solide.
Adiabatique signifie « sans échange de chaleur avec l’extérieur ». Ce n’est pas que la température reste constante : la température de la roche qui remonte diminue légèrement (refroidissement adiabatique), mais le point de fusion diminue encore plus vite avec la baisse de pression. C’est l’écart entre les deux courbes (géotherme ascendant et solidus de la péridotite) qui provoque la fusion.
3. Les roches formées : basaltes et gabbros
Les magmas produits par fusion partielle des péridotites sont basaltiques (riches en silice ~50%, magnésium, fer, calcium). Ils montent vers la surface à travers des fissures et des chambres magmatiques.
Basaltes : la lave sort au contact de l’eau de mer froide (~2 °C). Le refroidissement est brutal → les cristaux n’ont pas le temps de se former → texture microlitique (petits cristaux noyés dans un verre). En contact avec l’eau de mer, les bulles de gaz créent des formes bombées caractéristiques : les basaltes en coussins (pillow lavas) — preuve d’une éruption sous-marine.
Gabbros : le magma qui reste bloqué en profondeur dans des chambres magmatiques refroidit lentement (quelques milliers d’années) → les cristaux ont le temps de croître → texture grenue (gros cristaux visibles à l’œil nu). Même composition minéralogique que le basalte (pyroxène + plagioclase calcique), densité identique (~3,0 g/cm³).
4. Structure de la croûte océanique néoformée
| Couche | Roche | Texture | Origine |
|---|---|---|---|
| Supérieure (~2-3 km) | Basaltes en coussins | Microlitique (refroidissement rapide) | Lave en contact avec l’eau de mer |
| Inférieure (~4-5 km) | Gabbros | Grenue (refroidissement lent) | Magma solidifié en chambre magmatique |
| Dessous (manteau) | Péridotites (harzburgite) | Grenue | Résidu de la fusion partielle |
La croûte océanique ainsi formée a une épaisseur totale de ~7 km, séparée du manteau par le Moho.
5. Argument scientifique : identifier une dorsale à partir des roches
Question : Un forage dans les fonds océaniques récupère, de haut en bas : des basaltes en coussins (pillow lavas), puis des gabbros à gros cristaux de pyroxène et de plagioclase calcique, puis des péridotites appauvries. Ces roches indiquent-elles que ce forage est proche d’une dorsale active ? Expliquer le mécanisme ayant produit cet empilement.
Données : Les basaltes en coussins en surface indiquent une solidification rapide au contact de l’eau de mer. Les gabbros en dessous ont la même composition minéralogique que les basaltes (pyroxène + plagioclase calcique) mais une texture grenue indiquant un refroidissement lent — dans une chambre magmatique. Les péridotites appauvries en dessous correspondent au résidu après fusion partielle.
Conclusion : Cet empilement (basaltes en coussins → gabbros → péridotites appauvries) est caractéristique d’une croûte océanique créée à une dorsale. Il résulte de la fusion partielle par décompression adiabatique de péridotites asthénosphériques : le magma basaltique produit monte, se solidifie lentement en profondeur (gabbros) et rapidement en surface au contact de l’eau (basaltes en coussins). Les péridotites appauvries sont le résidu de cette fusion.
« La décompression adiabatique des péridotites du manteau asthénosphérique provoque leur fusion partielle (~10-20 %) aux dorsales. Les magmas basaltiques produits montent : en surface, ils forment des basaltes en coussins au contact de l’eau de mer ; en profondeur, ils cristallisent lentement en gabbros dans les chambres magmatiques. »
🧠 À retenir absolument
- Dorsales lentes : rift central marqué. Dorsales rapides : sommet arrondi sans rift.
- Aux dorsales, la fusion partielle des péridotites est due à la décompression adiabatique (baisse de pression lors de la remontée), non à un apport de chaleur.
- Basaltes en coussins (pillow lavas) = refroidissement rapide au contact de l’eau de mer → preuve d’éruption sous-marine.
- Gabbros = même composition que les basaltes, mais refroidissement lent en chambre magmatique → gros cristaux.
❓ Questions fréquentes
Pourquoi parle-t-on de « fusion partielle » et non de fusion totale ?
La décompression adiabatique ne fait pas fondre toute la péridotite, seulement une partie. Cela tient à la nature de la roche : une péridotite est composée de plusieurs minéraux (olivine, pyroxènes, grenat) qui ont des points de fusion différents. Lors d’une baisse de pression modérée, seuls les minéraux les plus « réfractaires » (les plus faciles à fondre dans ce contexte) passent à l’état liquide. L’olivine, plus réfractaire, reste solide. Le taux de fusion dépend de la profondeur et de la température de départ : en général, les dorsales produisent 10-20 % de liquide.
Les pillow lavas peuvent-ils se former en dehors des dorsales ?
Oui. Les pillow lavas se forment chaque fois qu’une lave basaltique (fluide) entre en contact avec de l’eau, que ce soit au fond des océans (dorsales, points chauds sous-marins comme Hawaï) ou dans des lacs profonds. Leur forme en coussins est due au refroidissement rapide de l’extérieur de chaque « saucisse » de lave, qui forme une croûte solide, tandis que l’intérieur reste fluide et continue à s’écouler. Les pillow lavas sont donc un marqueur d’éruption sous-marine, mais pas exclusivement de dorsale.
La harzburgite est-elle la même roche que la lherzolite ?
Non. La lherzolite est la péridotite du manteau avant fusion : elle contient olivine + pyroxène orthoscopique + clinopyroxène + grenat (ou spinelle). La harzburgite est la péridotite résiduelle après fusion partielle : le clinopyroxène et le grenat, plus faciles à fondre, ont été extraits dans le magma basaltique. La harzburgite est donc appauvrie en ces minéraux. On la rencontre juste sous la croûte océanique dans les ophiolites (fragments de lithosphère océanique charriés sur les continents).