DORSALES OCÉANIQUES

Les différents modèles

Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer l'existence d'une vallée axiale. Le premier type de modèle est celui d'une perte de charge hydraulique due à la viscosité du magma qui remonte dans un conduit à l'aplomb de l'axe de la dorsale. La dépression existant au toit du conduit traduit la perte de charge due aux forces visqueuses, forte quand le conduit est étroit (dorsale lente), faible quand il est large (dorsale rapide).

La striction de la lithosphère axiale en régime permanent est à la base du deuxième type de modèle. Elle agit sur la partie plastique de la lithosphère axiale et n'aboutit jamais à la rupture, car il y a constamment un apport d' asthénosphère et création d'une nouvelle croûte. Elle ne se manifeste que sur une lithosphère suffisamment résistante (dorsale lente) et est négligeable quand la région axiale est dominée par le comportement de l'asthénosphère (dorsale rapide).

Des modèles plus complets ont été proposés en 1990 par John Chen et Jason Morgan, de Princeton University, en développant cette idée de modélisation mécanique de la lithosphère, mais en utilisant une rhéologie non linéaire par la croûte océanique. Ils rendent compte de l'existence d'une vallée axiale de 1 à 2 kilomètres de relief pour une accrétion lente, de moins de 500 mètres pour un taux intermédiaire et de la disparition du rift pour les dorsales à accrétion rapide. Selon ces chercheurs, les caractéristiques de la dorsale de Reykjanes (profondeur trop faible puisqu'elle arrive au niveau de la mer) pourraient s'expliquer par des anomalies positives de température dans le manteau (+ 150 ⁰C) ou par une épaisseur excessive de croûte océanique. De la même façon, les particularités (profondeur trop grande d'au moins 500 m, entre autres) de la discordance Australie-Antarctique, segment anormal de la dorsale sud-est indienne compris entre 120 et 128 degrés de longitude est et que l'on a apparenté à un « point froid », pourraient être liées à une anomalie négative de température du manteau (− 150 ⁰C) sous la discordance, ou à une croûte anormalement mince. À la jonction dorsale-faille transformante, une croûte mince ou un manteau froid pourrait aussi expliquer l'approfondissement de la dorsale et l'apparition fréquente d'une vallée axiale.

La segmentation des dorsales

Au début des années 1970, lors de la révolution de la tectonique des plaques, les dorsales océaniques sont considérées comme des frontières simples de plaque formées à l'arrière de chacune des plaques divergentes. On suppose qu'elles doivent montrer un fort degré d'uniformité et que les processus à l'axe des dorsales doivent refléter une réponse purement passive à la séparation des plaques lithosphériques. On sait que les dorsales sont décalées, à des intervalles plus ou moins réguliers, par des failles transformantes que l'on suppose soit héritées des premiers stades d'ouverture, soit créées afin de minimiser l'énergie dissipée au niveau des zones d'accrétion. Depuis le début des années 1980, cette vision s'est considérablement modifiée. Grâce aux nouveaux outils de cartographie à haute résolution (sondeur multifaisceaux Sea Beam, sonar latéral Sea Marc, sonar latéral à grande portée Gloria) et aux changements d'échelle d'échantillonnage de la croûte océanique, on s'est progressivement rendu compte que les processus d'accrétion sont non cylindriques et non permanents, c'est-à-dire que les variations de l'activité volcanique et tectonique le long de l'axe sont aussi importantes que celles qui sont observées perpendiculairement (variations en fonction de l'âge). La segmentation des dorsales, qui définit des zones de quelques dizaines à une centaine de kilomètres de longueur, est aujourd'hui considérée comme un phénomène majeur. Elle est marquée par des discontinuités axiales qui sont intimement liées au phénomène d'accrétion et qui peuvent constituer l'expression tectonique en surface des processus de genèse de la croûte océanique en profondeur. Les discontinuités prennent plusieurs formes : rifts en relais (dédoublement de dorsales ou rides doubles correspondant aux overlapping spreading centers), propagateurs (région où la dorsale s'allonge parallèlement à elle-même), microplaques et failles transformantes.

Les failles transformantes (ou les microplaques) représentent de grands décalages en distance (de quelques dizaines à quelques centaines de kilomètres), donc en âge de la croûte océanique (juxtaposition de part et d'autre de la faille d'une croûte qui diffère en âge de une à plusieurs dizaines de millions d'années). Ces structures sont en général permanentes et stables. On peut, par exemple, suivre la trace fossile des failles transformantes pendant des dizaines de millions d'années sur les flancs de la dorsale. Les microplaques sont beaucoup plus instables : leur cération se fait souvent par propagation d'un rift à l'extrémité d'une faille transformante, et leur mort, par extinction d'une des dorsales encadrant la microplaque, permet le transfert d'une partie de la lithosphère d'une plaque à l'autre. Ce processus de transfert avait auparavant été attribué à un phénomène de saut de dorsale qui était pourtant difficile à expliquer physiquement. Les rifts en relais constituent de petits décalages à la fois en distance (quelques dizaines de kilomètres) et en âge (moins de 1 Ma). Ils ne sont pas accompagnés de zones de cisaillement, et tout porte à croire qu'ils sont très instables et éphémères. La cartographie de ces structures à distance de l'axe de la dorsale est encore trop restreinte pour qu'on puisse obtenir une image de leur variation dans l'espace et dans le temps.

L'origine de la segmentation des dorsales n'est pas encore bien comprise. Elle peut être due en partie à une segmentation des sources magmatiques du manteau supérieur, mais elle peut aussi avoir une origine lithosphérique et être fonction des propriétés de la croûte et de la lithosphère (épaisseur variable, état des contraintes locales ou régionales). Chaque segment de dorsale a des caractéristiques tectoniques et volcaniques qui varient dans l'espace et le temps en fonction de l'évolution des propriétés physiques et chimiques des sources magmatiques sous-jacentes. Il passe par des phases magmatiques avec un volcanisme abondant suivies par des phases tectoniques marquées par la présence de failles et fissures suivant l'apport fort ou faible des sources magmatiques sous-jacentes.

Cette évolution doit être replacée dans le cadre de la variation de profondeur le long de l'axe des dorsales, qui se manifeste à plusieurs échelles : variations de plusieurs kilomètres à grande et moyenne longueurs d'onde (de quelques centaines à quelques milliers de kilomètres) pour la dorsale médio-atlantique, en liaison avec les propriétés de l'asthénosphère, ou variations de plusieurs dizaines à centaines de mètres à petites longueurs d'onde (de quelques dizaines à quelques centaines de kilomètres) pour la dorsale du Pacifique est, en liaison avec la présence de réservoirs magmatiques localisés à faible profondeur dans la croûte et le manteau supérieur. Chaque segment de dorsale constitue en fait une unité fondamentale de l'accrétion, véritable cellule d'accrétion (spreading cell). Les données gravimétriques acquises en mer au niveau de l'axe des dorsales le confirment.

La distribution des anomalies de Bouguer réduites au manteau, pour s'affranchir de l'effet de la topographie océanique et de la croûte, est compatible avec des zones d'injection où l'asthénosphère serait à une température plus élevée au centre des segments. La campagne S.A.R.A. (Segmentation ancienne de la ride atlantique), menée par l'Institut de physique du globe de Paris au printemps de 1990, a permis d'étendre cette cartographie gravimétrique de la segmentation jusqu'à 10 millions d'années sur les flancs de la dorsale médio-atlantique.