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Les ConférencesP TP T

Modélisation numérique d'un point chaud dans le manteau supérieur (de 0 à 600 km de profondeur).

Ce type de modèle permet de tester des tailles et des anomalies thermiques dans le manteau et leur é

volution dans le temps. (C. Thoraval)

mises en place (voici une soixantaine d'années), les points chauds occupent une

place à part du fait de leur absence de lien avec les frontières de plaques, comme les rides médio-océaniques ou les zones de subductions. La notion de point chaud, définie par Morgan dans les années 1970 (Hawaii en est l’archétype), est caractérisée par un alignement de volcans éteints et la fixité apparente de ce volcanisme par rapport au mouvement de la plaque, ce qui a poussé les chercheurs à utiliser ces points chauds d'origine profonde comme référentiels géométriques "absolus" du mouvement des plaques lithosphériques. Depuis quelques années, la fixité absolue de ce volcanisme est remise en cause, et l'origine de ces points chauds suscite de grandes discussions au sein de la communauté scientifique. La caractéristique principale de ce volcanisme est d'être intraplaque, mais l'origine en profondeur des magmas est amplement discutée. En effet, un volcan intraplaque peut avoir plusieurs origines :

i) Tout à fait superficiel : une instabilité dans le manteau supérieur peut créer une remontée locale de manteau, engendrer une décompression adiabiatique, de la fusion partielle et la création de volcanisme en surface.

ii) Le volcanisme intraplaque peut également avoir sa source : celle-ci représente en effet une barrière de viscosité entre le manteau supérieur et inférieur. On peut alors tout à fait imaginer qu'une anomalie thermique remontant dans le manteau inférieur soit bloquée sous cette discontinuité, à 660 km de profondeur. Cette anomalie thermi-que réchauffant la zone de transition va générer des instabilités gravitaires qui pourront s'échapper vers la surface.

iii) Enfin, un point chaud peut avoir des origines profondes, à l'interface manteau-noyau, à 2900 km de profondeur. La convection mantellique est probablement à l'origine d'accumulations de matière chaude à cet interface, desquelles

pourraient de détacher d'immenses "bulles" qui montent sous forme de panache vers la surface où elles pourront donner un volcanisme stable durant plusieurs dizaines de Ma.

Il y a sur Terre environ une cinquantaine de localités de points chauds (volcans intraplaques), mais tous n'ont pas d'origine profonde. Si l'on applique des critères de temps (durée de fonctionnement du volcan), de présence de plateau (correspondant à l'arrivée en surface de la tête d'un panache), de chimie (signature de l'Hélium en particulier), de volume de magmas émis et de signature sismique (vitesses lentes dans le manteau profond, seuls une dizaine de points chauds seraient éligibles comme étant d'origine profonde.

le grand débat autour de l'origine des points chauds se heurte tôt ou tard à la question de l'imagerie géophysique de ces points chauds en profon-deur. L'ensemble des modèles numériques et analogiques montre en effet que ces structures sont de taille réduites dans le manteau (diamètre

D epuis que les grandes idées de la tectonique des plaques ont été

Les différents modèles de points chauds proposés par Vincent Courtillot (2003).

600 km

0

Montpellier

IUFM mardi 6 mai 18h30

Détails - Contacts : http://www.gm.univ-montp2.fr

Points Chauds. Etat des connaissancesPacifique sud & Massif Central

Guilhem Barruol étudie les mouvements convectifset la déformation du manteau terrestre à l'aide de la sismologie et de la pétrophysiqueil est Chargé de Recherche CNRS au laboratoire Géosciences Montpellier

Les couleurs témoignent des variations de vitesses sismiques : orangé vitesses lentes (-2%), bleu vitesses rapides (+2%)

Coupe tomographique NS dans le manteau supérieur sous la Polynésie française (Maggi et al., 2006). Sous le points chauds des Autrales (D) est bien visible une anomalie lente jusqu'à la zone de transition (env.

400 km) qui pourrait correspondre à la présence d'un panache traversant le manteau supérieur. A l'inverse, l'anomalie lente sous le

point chaud des Marquises (C) semble localisée au manteau tout à fait supérieur et n'a pas de continuité vers la zone de transition.

de quelques dizaines de km et températures de quelques centaines de °C supérieure au manteau ambiant) et sont donc difficiles à mettre en évidence, mais surtout, la plupart des points chauds les plus actifs sont océaniques, et donc localisés dans des régions sous-instrumen-tés.

Afin de faire des progrès dans cette question d'imagerie des points chauds, une expérience a été menée en Polynésie française (Pacifique Sud) de 2001 à 2005 où des déploiements temporaires de stations sismologiques ont été effectués à terre et en fond de mer.

Les données enregistrées sont utilisées pour scruter la structure du manteau supérieur et inférieur et les mouvements qui s'y déroulent.

La tomographie sismique utilisant les ondes de surface a mis en évidence des zones lentes sous les points chauds des îles de la Société et des Australes.

De façon complémentaires, les tomographies utilisant les ondes de volume (ondes P et S par exemple) ont de moins bonnes résolutions dans le manteau supérieur mais mettent en évidence une énorme anomalie de vitesses sismiques lentes dans le manteau inférieur. Le modèle le plus probable actuellement sous la Polynésie comprendrait donc un "superpanache" présent dans le manteau inférieur et remontant vers la surface, duquel s'échapperaient des instabilités de plus petite taille donnant naissance à des points chauds en surface de relativement courte durée de vie (10 Ma).

Des expériences sismologiques temporaires ont également été menées dans le massif central pour imager la structure du manteau sous ce point chaud.

Une des particularité de ce volcanisme, tout comme des autres points chaud d'Europe, est qu'il n'y a pas d'alignement linéaire de volcans qui pourrait suggérer une source fixe dans le manteau profond au-dessus de laquelle se déplacerait la plaque Eurasie.

La tomographie sismique permet toutefois d'imager de façon très claire une zone lente et allongée jusqu'à des profondeurs d'au moins 400 km, la résolution ne permettant pas d'imager plus profondément le manteau.

Les tomographies globales et régionales ne mettent pas en évidence d'anomalie lente dans la zone de transition ni dans le manteau inférieur sous l'Europe de l'Ouest, suggérant que le volcanisme ne serait pas d'origine très profonde.

Les images tomographiques mettent par contre en évidence la présence dans la zone de transition de matériau rapide qui pourrait correspondre à la partie océanique de la plaque Afrique qui a subducté sous l'Eurasie. La localisation du volcanisme européen sur la périphérie de cette anomalie suggère que nos points chauds puissent résulter d'instabilité engendrées par l'arrivée de cette plaque dans la zone de transition.

Coupe tomographique NS dans le manteau supérieur

sous le Massif Central. Une anomalie lente est visible

jusqu'à la zone de transition (env. 400 km) avec une

anomalie maximum décalée vers le sud en profondeur.

40 Ma S

100

0-3000-6000

200

300

0 2500 5000 7500 10000 12500

400km

N