LITHOSPHÈRE

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Lithosphère océanique

La lithosphère océanique prend naissance au niveau des dorsales, s'épaissit par vieillissement en s'éloignant de celles-ci avant de se consumer dans les zones de subduction. C'est ce cycle, répété depuis au moins le Protérozoïque, que nous allons maintenant suivre.

Naissance de la lithosphère océanique

L'expansion qui se produit le long des diverses dorsales océaniques et des rifts est due à une montée sous-jacente de manteau chaud, asthénosphérique, qui fond partiellement par décompression adiabatique pour produire du basalte. La cristallisation de ce basalte produit la croûte océanique tandis que le manteau se refroidit en s'écartant de l'axe de sa montée. La lithosphère océanique est constituée par cette croûte et son support de manteau rendu rigide par refroidissement. Elle est connue grâce aux observations du fond océanique et aux dragages et carottages d'échantillons, ainsi que par diverses mesures géophysiques et leur modélisation. Cette connaissance est aussi complétée par l'étude des ophiolites, fragments de lithosphère océanique charriés sur les marges continentales.

Diagramme profondeur - température

Dessin : Diagramme profondeur - température

Diagramme profondeur – température illustrant les relations entre gradients thermiques et solidus des péridotites dans le manteau supérieur ; courbe a : gradient adiabatique (asthénosphère) ; courbes b et c : gradients conductifs théoriques dans des lithosphères océaniques,... 

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Les disparités morphologiques saisissantes entre rifts, dorsales océaniques à vitesse d'expansion lente et dorsales océaniques à vitesse d'expansion rapide reflètent des différences dans les modalités de création et la nature de la nouvelle lithosphère, différences dont la vitesse d'expansion semble principalement responsable. On admet que la vitesse de montée du manteau sous la dorsale est du même ordre de grandeur que la vitesse à laquelle la nouvelle croûte s'écarte de l'axe (vitesse d'expansion). Dans le cas d'un rift à vitesse d'expansion lente (0,5 cm/an environ), la vitesse de montée peut tomber sous un seuil critique. Le système cesse d'être adiabatique à une profondeur de 30 à 40 kilomètres. La fusion partielle cesse alors rapidement car le géotherme conductif a une pente plus importante que le solidus de la péridotite. Ainsi, la fraction de manteau partiellement fondu, donc de basalte disponible, sera modeste. Elle sera, au contraire, maximale si le manteau monte de façon adiabatique jusqu'au niveau de la croûte sous la dorsale, comme dans le cas d'une dorsale « rapide ». Après extraction du basalte, le manteau correspondant sera encore relativement fertile dans le cas d'un rift et particulièrement résiduel dans le cas d'une dorsale « rapide ». Une autre conséquence de la vitesse d'expansion concerne la pente des isothermes sous le centre d'expansion. La définition thermomécanique de la lithosphère (cf. chap. 1) implique que dans un système comme celui-ci, où les contraintes varient peu en magnitude, la limite lithosphère-asthénosphère suit une isotherme. La pente de cette isotherme sera d'autant plus forte que la vitesse d'expansion sera faible.

Diagramme profondeur - température

Dessin : Diagramme profondeur - température

Diagramme profondeur – température illustrant les relations entre gradients thermiques et solidus des péridotites dans le manteau supérieur ; courbe a : gradient adiabatique (asthénosphère) ; courbes b et c : gradients conductifs théoriques dans des lithosphères océaniques,... 

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Ainsi peut-on opposer les dorsales « rapides » et « moyennes » (demi-vitesse d'expansion supérieure à 2 cm/an) aux dorsales « lentes » et aux rifts. Dans le premier cas, l'asthénosphère monte jusqu'à la croûte (, courbe a-c) et même au-delà, car il peut exister une chambre magmatique permanente sous la dorsale, à partir d'une profondeur de 3 kilomètres ; le comportement mécanique de cette chambre s'apparente davantage à l'asthénosphère qu'à la lithosphère, de sorte que l'épaisseur de cette dernière est alors limitée, au niveau de l'axe de la dorsale, à 2 ou 3 kilomètres, profondeur du toit de cette chambre. Les isothermes sont très plates et la lithosphère s'accrète tangentiellement à celles-ci lors du flux centrifuge de l'asthénosphère. Sous la dorsale elle-même, il semble que l'asthénosphère monte grâce à une succession de petits diapirs (K. Crane, 1985) qui seraient responsables de la segmentation en surface des dorsales par des failles transformantes et des dédoublements de dorsales (Overlapping Spreading Centers, ou O.S.C., des auteurs américains ; cf. dorsales océaniques). L'importance de la fraction fondue dans le manteau explique l'épaisseur de 6 kilomètres en moyenne de la croûte.

Diagramme profondeur - température

Dessin : Diagramme profondeur - température

Diagramme profondeur – température illustrant les relations entre gradients thermiques et solidus des péridotites dans le manteau supérieur ; courbe a : gradient adiabatique (asthénosphère) ; courbes b et c : gradients conductifs théoriques dans des lithosphères océaniques,... 

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Sous les dorsales « lentes » et les rifts, il semble que, en raison de la pente forte des isothermes au voisinage de l'axe d'expansion, l'accrétion de la lithosphère se fasse par l'insertion axiale d'un coin d'asthénosphère qui se refroidirait latéralement. Ainsi les deux modèles d'accrétion de la lithosphère océanique envisagés depuis le début de la théorie des plaques seraient réalisés : celu [...]

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Pour citer l’article

Marc DAIGNIÈRES, Adolphe NICOLAS, « LITHOSPHÈRE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/lithosphere/