POINTS CHAUDS, géophysique

Les points chauds sont des volcans qui diffèrent, par leur volcanisme même, des autres volcans par des montées de magma très profondes : les panaches mantelliques. De plus, ils peuvent se positionner, pour plusieurs dizaines de millions d'années, un peu n'importe où, en milieu océanique ou continental, contrairement aux autres manifestations volcaniques de limites de plaques lithosphériques.

Tectonique des plaques, points chauds et panaches mantelliques

La théorie de la tectonique des plaques permet d'expliquer la distribution de la plupart des 540 volcans actifs sur la Terre : le volcanisme se concentre aux marges des plaques lithosphériques. Aux dorsales océaniques, là où les plaques divergent à des vitesses de 2 à 8 centimètres par an, la remontée du manteau solide induit la fusion partielle par décompression adiabatique. Que signifie « décompression adiabatique » ? En remontant vers la surface, un volume de roche est sujet à une pression de plus en plus faible ; on parle donc de décompression. Si le volume de roche n'échange pas de la chaleur avec l'environnement, on parle de décompression adiabatique.

Les points chauds

Distribution des principaux trapps continentaux — trapps d'Emeishan (258 Ma), trapps de Sibérie (250 Ma), trapps de Karoo (170 Ma), trapps de Paraná et d'Etendeka (135 Ma), trapps du Groenland (57 Ma), trapps d'Éthiopie (30 Ma), trapps de Columbia (16 Ma) — et des principaux... 

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Chaque année, le long des 60 000 kilomètres de dorsales, 2,5 kilomètres carrés de nouvelle croûte océanique se forment grâce à la production de 18 kilomètres cubes de magma. En revanche, dans les zones de subduction, là où les plaques convergent, la lithosphère océanique s'enfonce dans le manteau et la libération des fluides induit la fusion partielle. Ce processus engendre des volcans comme le Fuji-Yama au Japon, le mont Saint Helens aux États-Unis ou bien la cordillère des Andes.

Cependant, la théorie de la tectonique des plaques ne permet pas d'expliquer des volcans « intraplaques », comme ceux d'Hawaii ou de l'île de la Réunion : les points chauds (hot spots, en anglais). Le volcanisme d'Hawaii présente des caractéristiques remarquables : le sommet du volcan Mauna Kea s'élève à 4 100 mètres au-dessus du niveau de la mer et, considérant la partie immergée, la hauteur totale du volcan dépasse 10 000 mètres. Le Mauna Kea s'est formé en moins de 1 million d'années (Ma), mais le volcanisme à Hawaii est actif depuis plus de 80 Ma, comme en témoigne la chaîne volcanique Hawaii-Empereur, de 6 000 kilomètres de longueur, constituée de plus de 100 monts sous-marins, des volcans désormais éteints. En 1963, le Canadien John Tuzo Wilson découvre que cette chaîne volcanique montre une progression d'âge qui augmente systématiquement en s'éloignant de l'île d'Hawaii. C'est l'Américain William Jason Morgan, l'un des pionniers de la tectonique des plaques, qui postule en 1971 que des courants ascendants de roches chaudes provenant de la frontière noyau-manteau (à 2 900 km de profondeur) seraient à l'origine du volcanisme de point chaud. Une chaîne volcanique se formerait lorsque la plaque se déplace au-dessus d'un point chaud. En effet, ce dernier, alimenté par un panache mantellique, reste relativement fixe dans le manteau, et ses 150-250 ⁰C de surplus de température sont suffisants pour déclencher la fusion partielle. Morgan proposa l'existence de dix-neuf points chauds sur la Terre. Dans les années 1980, on arriva au nombre de cent dix-sept et, plus récemment, V. Courtillot et al. (2003) parlent d'une cinquantaine de points chauds. La figure 1 montre l'emplacement des plus importants d'entre eux.

Les trapps

Modélisation numérique montrant le développement d'un panache dans le manteau. La simulation montre l'évolution du panache, le rouge correspondant à la température plus élevée (d'après Farneti et al., 2002). 

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Le manteau terrestre serait donc animé de courants de convection à grande échelle responsables des mouvements des plaques et, aussi, de courants plus localisés comme les panaches (mantle plumes, en anglais). Pour comprendre la dynamique et les vitesses de remontée dans les panaches, les géophysiciens ont conduit des expériences de laboratoire en utilisant des fluides visqueux comme l'huile ou le sirop de sucre. Que le manteau terrestre formé de roches solides soit étudié à travers de tels fluides peut surprendre. Cependant, sur des échelles de temps de millions d'années, le manteau s'écoule comme un fluide de grande viscosité (10²¹ Pa.s), donc bien plus lentement qu'un glacier [...]

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