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Les "Poètes disparus" de Saint Paul et Amsterdam passionnent les géologues

Le plateau des îles Amsterdam et Saint Paul, et notamment sa "Chaîne des poètes disparus", intéresse beaucoup les sciences de la Terre. La géochimie y dévoile l'origine des laves formées dans ce contexte tectonique original et apporte un éclairage nouveau sur des processus d'échelle très globale.

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La remontée de magma profond vers la surface terrestre a lieu tout au long des 65.000 km de dorsales océaniques, et ponctuellement sous forme de panaches isolés appelés "points chauds". Au fur et à mesure du déplacement des plaques lithosphériques, ces deux sources de magma peuvent se rapprocher (cas relativement rare), se superposer (comme en Islande) ou s'éloigner (comme aux Açores ou à la Réunion).

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Répartition des dorsales océaniques (pointillés blancs) et des points chauds (triangles). Dans plusieurs cas, les deux structures tectoniques se superposent.

L'étude du plateau des îles Amsterdam et Saint Paul (ASP) est particulièrement intéressante car il résulte de l'activité d'un point chaud qui a présenté successivement les trois géométries d'interaction avec la dorsale parcourant le sud-est de l'océan Indien. Les témoins de ces trois géométries y sont visibles car le mouvement relatif de la plaque et du point chaud a entraîné la formation des deux îles, ainsi que d'un ensemble de monts sous-marins portant les noms de poètes et écrivains français, de Villon à Apollinaire, et formant un chaîne baptisée pour cette raison "Chaîne des poètes disparus".

Ce travail est la première tentative pour décrire et modéliser dans l'espace et dans le temps l'évolution complète d'une interaction dorsale/point chaud. Pour comprendre et caractériser les sources du magmatisme et leurs interactions sous le plateau ASP, une campagne d'échantillonnage a eu lieu en 2006 sur le navire Marion Dufresne. Après cartographie détaillée de la zone au sonar latéral, quarante dragages ont été effectués, entre 700 et 3000 m de profondeur environ. Le verre volcanique et les échantillons les mieux conservés ont été soumis à des analyses géochimiques portant sur leurs principaux constituants (silice, fer, aluminium, …), sur les éléments présents en très faibles quantités (éléments traces : césium, rubidium, baryum, thorium, etc. : 25 éléments dosés) et sur les isotopes de certains éléments, hafnium (Hf), plomb (Pb), strontium (Sr), néodyme (Nd), issus de la décroissance radioactive naturelle.

 

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Exemple d'analyse des 25 éléments trace ; les caractéristiques du profil témoignent de l'origine possible des laves échantillonnées

Tous ces résultats montrent que les laves du plateau ASP sont géochimiquement complexes. Les analyses ont pour but de discriminer les différents constituants de ce mélange et leur origine.

Les deux rapports isotopiques du plomb (208Pb/204Pb et 206Pb/204Pb) permettent une différenciation aisée des échantillons. Tous les échantillons du plateau ASP se répartissent à l'intérieur ou sur les côtés d'un triangle, ce qui signifie qu'ils résultent tous du mélange, en différentes proportions, de trois composants dont les compositions isotopiques sont celles des trois sommets.

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Répartition des échantillons (symboles en couleur) en fonction des deux rapports isotopiques du plomb.
Le triangle qui les contient tous est délimité par les lignes pointillées rouge et bleue ;
le ("pôle ASP" : "ASP end-member") est à leur intersection

Même si les laves du plus jeune des monts-sous-marins (le mont Apollinaire) en sont sans doute proches, la source magmatique qui alimente le point chaud ("pôle ASP") n'a pas pu être échantillonnée pure. La composition de ce pôle est donnée par le sommet le plus radiogénique du triangle (qui a les rapports isotopiques les plus élevés). Bien que moins variables, les rapports isotopiques des autres éléments permettent d'en savoir plus sur l’origine profonde de cette source magmatique ASP. L’analyse de la composition totale des échantillons montre que le pôle ASP contient une part non négligeable de sédiments pélagiques qui tapissaient le fond des océans il y a plus de 1,5 milliard d’années. Ces sédiments ont été réincorporés dans le manteau terrestre, via un processus appelé subduction, pour ensuite être recyclés et participer à la formation du point chaud ASP.

Les deux côtés du triangle issus du sommet "pôle ASP" traduisent le mélange de ce pôle avec deux autres sources. La dispersion des échantillons de de la Chaîne des Poètes Disparus s’explique principalement par le mélange de ce "pôle ASP" avec une deuxième source provenant du manteau supérieur Indien. Cependant la composition des échantillons de l’ensemble du plateau indique également l’influence d’un troisième pôle, influence extrêmement marquée dans les échantillons issus du dragage n° 24. Ceux-ci montrent des rapports isotopiques extrêmes dans tous les systèmes utilisés : néodyme (143Nd/144Nd), hafnium (176Hf/177Hf), strontium (87Sr/86Sr) et plomb (208Pb/204Pb, 206Pb/204Pb). Ce type de signature est caractéristique de l’anomalie DUPAL, une anomalie de composition chimique reconnue dans les laves de l’océan Indien et dont l'origine fait débat depuis presque trente ans au sein de la communauté scientifique.

L'examen des différentes origines possibles de cette anomalie, et la confrontation de ces hypothèses avec les observations, conduisent à conclure que c'est l'incorporation de matériau d'origine continentale qui est la plus à même d'expliquer la composition de ces échantillons. Des roches continentales auraient été arrachées de sous le supercontinent Gondwana lors de sa fracturation il y a 120 millions d’années, et incorporées dans le manteau supérieur durant l’ouverture de l’océan Indien.

C'est donc un mélange de trois composants qui est à l'origine des laves du plateau ASP, mélange qui a pu être modélisé et quantifié, et dont les gammes de proportions sont : de 45 à 75 % de matériau issu du panache ("pôle ASP") et de 25 à 55 % de matériau du manteau supérieur Indien, contenant lui-même 0 à 6 % de restes de croûte continentale. Cette étude permet donc de mettre en lumière et discuter des processus géodynamiques globaux, dont l’empreinte est visible à l’échelle locale.


L'article

Janin M., Hémond C., Maia M., Nonnotte P., Ponzevera E., Johnson K. T. M., 2012. The Amsterdam–St. Paul Plateau: A complex hot spot/DUPAL-flavored MORB interaction. Geochemistry Geophysics Geosystems 13(9).
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Les auteurs

Ce travail résulte de la collaboration de chercheurs du laboratoire Domaines océaniques de l'IUEM, du département Géosciences Marines de l'Ifremer et de l'Université de Hawaii (USA)


La revue

Geochemistry, Geophysics, Geosystems (G3) est une des revues scientifiques de l'American Geophysical Union ; ce journal exclusivement électronique n'a pas de version imprimée. Il publie des articles sur la chimie, la physique et la biologie des processus terrestres et planétaires, en particulier en vue de la compréhension de la Terre en tant que système. Les travaux publiés ont recours à l'observation, l'expérimentation ou la modélisation pour étudier la Terre solide, l'hydrosphère ou la biosphère aux différentes échelles de temps et d'espace.

Contacts

Auteurs : consulter l'annuaire de l'IUEM
Service Communication et médiation scientifique : communication.iuem@univ-brest.fr


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