ARCHÉEN

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Composition des terrains archéens

Indépendamment de leur âge et de leur localisation géographique, tous les terrains archéens possèdent les mêmes associations lithologiques : un socle granito-gneissique, des ceintures de roches vertes et des granites tardifs.

Le socle granito-gneissique

Représentant environ 80 p. 100 des terrains archéens, le socle granito-gneissique est généralement constitués de gneiss gris, c'est-à-dire d'anciens granitoïdes déformés et métamorphisés. Ils se présentent aujourd'hui sous forme de roches rubanées constituées d'une alternance de lits quartzo-feldspathiques (niveaux blancs) et de lits plus riches en biotite et en amphibole (niveaux gris). Ces roches, aussi connues sous le nom de T.T.G. (pour tonalite, trondhjémite et granodiorite), sont en fait des roches magmatiques contenant essentiellement du quartz, du feldspath plagioclase, de la biotite et parfois de l'amphibole. Elles se distinguent des granites par leur teneur très faible (voire même l'absence) en feldspath potassique. Toutes ont une texture grenue qui atteste de leur lente cristallisation en profondeur. Enfin, ces roches, omniprésentes à l'Archéen, deviennent très rares après 2,5 Ga.

Le magma à l'origine des T.T.G. résulte de la fusion, dans des conditions de haute pression, d'une roche de composition basaltique. En effet, lorsque la pression augmente, un basalte va se transformer en amphibolite (roche à amphibole ± grenat ± feldspath plagioclase) puis en éclogite (roche à pyroxène + grenat) ; ce sont ces basaltes métamorphisés qui vont fondre (Martin et Moyen, 2002). L'environnement géodynamique dans lequel une telle fusion a pu avoir lieu a longtemps été l'objet de débats passionnés : ces basaltes étaient-ils ceux de la croûte océanique entraînés dans la subduction ? Ou bien s'agissait-il de basaltes mis en place à la base de la croûte continentale dans un environnement géodynamique non pas de subduction, mais de point chaud ? Depuis quelques années, un large consensus semble s'établir en faveur de la première hypothèse.

Aujourd'hui aussi la croûte continentale juvénile est engendrée dans les zones de subduction, mais sa composition, au lieu d'être T.T.G., est typiquement granitique et ses caractéristiques géochimiques montrent qu'elle provient de la fusion du manteau. Dans cet environnement, l'eau joue un rôle primordial puisque celle-ci abaisse considérablement la température de fusion d'une roche. Par exemple, à 75 kilomètres de profondeur un basalte pourra fondre à environ 700 0C en présence d'eau, alors qu'il ne fondra qu'à environ 1 300 0C s'il est anhydre ( 3). Dans les conditions actuelles de subduction, il est seulement possible de fondre un basalte hydraté. Comme la croûte océanique subductée est aujourd'hui vieille et froide, elle se déshydrate totalement avant de pouvoir fondre. Les fluides issus de sa déshydratation, en remontant vers la surface, recoupent le coin de manteau sus-jacent, le réhydratent et en induisent sa fusion (fig. 3, à droite et en bas). Ainsi, la source de la croûte continentale moderne est bien le coin de manteau réhydraté.

Genèse des croûtes continentales archéenne et moderne

Dessin : Genèse des croûtes continentales archéenne et moderne

Pendant l'Archéen, comme les gradients géothermiques le long du plan de subduction étaient élevés, la croûte océanique subductée atteignait sa température de fusion avant d'être déshydratée. Elle pouvait donc fondre et donner naissance aux TTG (tonalite, trondhjémite et... 

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À l'Archéen, la croûte océanique subductée était beaucoup plus jeune et, donc, beaucoup plus chaude, avec un gradient géothermique élevé le long du plan de subduction. Dans ces conditions, atteignant sa température de début de fusion avant de se déshydrater, elle pouvait fondre (fig. 3, à droite et en haut). La source de la croûte continentale archéenne était, non pas le coin de manteau, mais bien la croûte océanique subductée (Martin, 1986).

Ces modes de genèse contrastés en contexte de subduction attestent d'une Terre archéenne plus chaude que notre planète actuelle.

Les ceintures de roches vertes

Ne représentant que de 5 à 10 p. 100 du volume des terrains archéens, les ceintures de roches vertes sont constituées de roches volcaniques et de sédiments (roches mises en place à la surface de la planète). Elles forment le plus souvent des structures synformes allongées (plus de 100 km de longueur pour environ 20 km de largeur), d'où leur nom de ceinture. Typiquement, ces ceintures possèdent une polarité compositionnelle : la série débute par des laves ultrabasiques (komatiites) auxquelles succèdent des laves basiques intercalées avec des sédiments qui deviennent prépondérants dans la partie supérieure de la série.

Les komatiites

Les komatiites sont des laves ultrabasiques très abondantes à l'Archéen et qui ont quasi disparu dès le Protérozoïque. Alors que les basaltes actuels ont des températures de mise en place de l'ordre de 1 250 à 1 350 0C, les komatiites faisaient éruption entre 1 600 et 1 650 0C (Nisbet, 1987). Cela indique une production de chaleur terrestre plus importante à l'Archéen que de nos jours. Les magmas komatiitiques peuvent contenir du diamant, ce qui indique une genèse à grande profondeur. En arrivant en surface, ce magma se refroidit très brutalement de telle sorte que les minéraux (olivine et pyroxène) cristallisent de manière aciculaire (en aiguilles) et avec une texture dendriforme caractéristique appelée texture spinifex.

Les basaltes

Les laves basiques de l'Archéen sont essentiellement basaltiques à affinité tholéiitique alors que les roches calco-alcalines sont beaucoup plus rares, contrairement à ce que l'on observe aujourd'hui sur Terre. Les andésites sont relativement peu abondantes. Dans la partie supérieure du cycle volcanique et parfois en alternance avec les cycles sédimentaires, se mettent aussi en place de petits volumes de laves intermédiaires à acides (dacites et rhyolites).

Les sédiments

Les cycles sédimentaires débutent en général par une sédimentation détritique grossière, immature (conglomérats et grauwackes), contenant le plus souvent des éléments volcaniques ; puis ils évoluent progressivement vers des shales (sédiments à grain fin) et des dépôts chimiques (cherts, formations ferrifères rubanées). Les cherts sont souvent très abondants, ce qui atteste d'une grande activité hydrothermale. Les formations ferrifères rubanées, encore appelées B.I.F. (Banded Iron Formations), sont, quant à elles, des sédiments constitués d'une alternance de bancs centimétriques de quartz et de magnétite ( 2) et qui proviennent de la précipitation chimique de la silice et du fer dissous dans l'eau, ce qui témoigne du caractère non oxydant (anoxique) de l'atmosphère terrestre. Abondantes avant 2,2 Ga, les B.I.F. ont presque totalement disparu depuis.

Les granites tardifs

Ces granites, aussi nommés sanukitoïdes ou high magnesium granitoids (5 à 10 p. 100 du volume des terrains archéens), sont intrusifs dans le socle granito-gneissique et les ceintures de roches vertes. Ils s'agit de vrais granites à affinité calco-alcaline et le plus souvent très riches en phénocristaux de feldspath potassique et en magnésium. Ils sont interprétés comme provenant de la fusion [...]

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Grandes provinces archéennes

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Écrit par :

  • : professeur de sciences de la Terre à l'université Blaise-Pascal, Clermont-Ferrand

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Pour citer l’article

Hervé MARTIN, « ARCHÉEN », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 02 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/archeen/