Point chaud (géologie) Information

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Un point chaud est, en géologie, une zone hypothétique de formation de magma située au sein du manteau d'une planète, et à partir de laquelle la matière monte selon une colonne ascendante ( panache) se traduisant à la surface par une activité volcanique régulière. Actuellement, les connaissances sur les points chauds et les phénomènes internes à leur origine sont encore très incomplètes.

Les points chauds terrestres sont généralement expliqués comme étant la trace en surface de l'expression sous forme de volcanisme, d'endroits relativement fixes les uns par rapport aux autres, du manteau où la température est plus élevée relativement aux autres zones de même profondeur. Les matériaux présents en ces zones se retrouvent moins denses, et l'effet de la poussée d'Archimède provoque la formation d'un diapir mantellique qui remonte sous la forme d'un panache. Ce dernier, s'approchant de la surface de la Terre, commence à fondre par décompression (vers une profondeur de l'ordre de 100  km), générant un magma basaltique qui, dès qu'il est en proportion suffisante, traverse la lithosphère jusqu'à la percer, engendrant la formation de volcans dits de point chaud. La dérive des plaques tectoniques entraînant la lithosphère au-dessus des sources profondes fait que le point chaud crée des alignements volcaniques à la surface terrestre, comme l'archipel des îles Hawaii-Empereur, l'archipel des Marquises, des îles de la Société, etc.

Les raisons pour lesquelles certains endroits du manteau sont relativement plus chauds demeurent incertaines. L'accumulation de matériaux réintroduits au sein du manteau à la faveur des subductions, et potentiellement enrichis en éléments radioactifs (potassium, uranium, thorium) donne une explication cohérente avec la mesure de signatures isotopiques particulières dans leurs matériaux épanchés en surface. L'évacuation de la chaleur du noyau terrestre, que ce soit sa chaleur résiduelle de formation, la chaleur latente de cristallisation de la graine ou la chaleur de radioactivité, est un autre moteur invoqué pour l'instabilité de la couche limite entre le noyau et le manteau, couche limite dont le subodoré statut de cimetière des plaques subduites depuis la ceinture de feu du Pacifique depuis en gros 500 Ma, fait un bon candidat pour certains points chauds, comme celui d' Hawaï.

Carte des principaux points chauds mondiaux [1]. Légende : 1 : Limite de plaque divergente (dorsale), 2 : Limite de plaque transformante, 3 : Limite de plaque de subduction, 4 : Zones de limite diffuse de plaque, 5 : Sélection de principaux points chauds.

Historique de l'hypothèse

Leur découverte s'est effectuée parallèlement à celle de la tectonique des plaques.

En 1963, Wilson fit le constat que des chaînes volcaniques océaniques pouvaient avoir été « tracées » sur la plaque lithosphérique les supportant par une source magmatique fixe, située sous cette plaque, qui se meut avec le temps.

En 1971, Morgan suggère que cette source fixe sous la plaque est alimentée par un panache chaud montant au travers du manteau [2].

Depuis la fin des années 1990, d'autres hypothèses émergent qui font de la tectonique des plaques le moteur et du manteau supérieur l'origine des points chauds. Ceux-ci sont d'ailleurs plutôt nommés anomalies de fusion dans ces théories.

En 2003, Vincent Courtillot et al. proposent l'existence de trois types de points chauds en fonction de l'origine du panache mantellique : les points chauds dits primaires, à panache profond provenant sans doute de la limite inférieure du manteau ( îles Hawaï, La Réunion), les points chauds dits secondaires, à panache intermédiaire provenant sans doute du toit de la zone de transition du manteau (îles Canaries, Galapagos), les points chauds dits superficiels liés aux zones de contrainte dans la lithosphère ( Açores, Comores) [3].

Description de l'hypothèse

Les points chauds peuvent percer la lithosphère jusqu'à sa partie supérieure, la croûte terrestre. Ils sont causés par des panaches de matériaux chauds qui remontent du manteau profond, ce qui conduit à la création de volcans :

Les roches issues de ces points chauds sont des basaltes d'îles océaniques ( OIB). Leur nature chimique particulière, dans la famille des basaltes, signe une origine différente des basaltes des dorsales océaniques ( MORB). Les points chauds sont des témoins des déplacements des plaques lithosphériques, car le panache de matériaux chauds qui est à leur origine est, en première approximation, fixe.

On peut ainsi suivre le déplacement de la plaque pacifique, à travers l'alignement des îles Marshall, et l'archipel des îles Empereur, par exemple. Ces archipels sont issus d'un même point chaud qui provoque la naissance d'un volcan. La plaque se déplaçant régulièrement, le volcan finit par s'éteindre et un autre apparaît au-dessus du point chaud. Par la datation des âges des basaltes constituant ces îles, on peut en déduire la vitesse de la plaque.

Les points chauds sont responsables d'épanchements de magmas en très grandes quantités, par exemple, les trapps du Deccan, de Sibérie, d'Éthiopie, ainsi que d'immenses plateaux océaniques (Ontong Java, plateau de Kerguelen, plateau caraïbe, plateau des Malouines/Falklands, etc.). Les matériaux sources des points chauds sont issus de couches limites dans le manteau, notamment celle située au-dessus de la limite entre manteau inférieur et manteau supérieur (à la profondeur de 670  km), et celle située au-dessus de la limite entre manteau et noyau (2 900  km). Outre ces couches limites, l' asthénosphère traversée et la lithosphère locale contribuent à la composition des magmas produits, ainsi que le tracent différents éléments chimiques étudiés par la géochimie.

L'activité des points chauds a probablement profondément modifié l' histoire de la Terre, d'une part en modifiant le climat de la planète et d'autre part, parce qu'on suppose qu'ils peuvent être associés à l'ouverture de certains océans :

  • le climat mondial est modifié par les éruptions volcaniques, notamment lorsqu'elles ont une importance telle que celles à l'origine des trapps et des plateaux océaniques. Les effets sont différents selon l'échelle de temps considérée :
    • à l'échelle de l'année voire de la décennie selon l'importance de l'éruption, la projection dans l'atmosphère de particules très fines (cendres) provoque la création d'un voile qui diminue le rayonnement solaire à la surface du globe. Ceci entraîne donc une baisse des températures moyennes,
    • à l'échelle du millier voire du million d'années la libération de CO2 et d'autres gaz à effet de serre dans l'atmosphère qui accompagne les éruptions volcaniques est à l'origine d'une augmentation de celui-ci et donc d'un réchauffement des températures moyennes,
    • à l'échelle de plusieurs millions d'années l'altération des basaltes produits en grande quantité par les éruptions consomme du CO2. À long terme on observe donc une baisse de l'effet de serre et donc une baisse des températures moyennes à la surface du globe ;
  • les points chauds sont suspectés d'intervenir aussi dans le phénomène de rifting actif. La remontée de matériel chaud depuis le manteau profond provoque l'amincissement de la lithosphère qui s'accompagne d'un bombement et souvent de tectonique en extension (c'est le cas dans l' Afar par exemple). Cet amincissement de la lithosphère la fragilise et peut conduire à la formation d'une zone de moindre résistance au sein d'une plaque lithosphérique. Selon les contraintes à l'échelle de la plaque on peut alors assister à son déchirement et à l'ouverture d'un nouvel océan. Ce scénario est proposé pour l'ouverture de l' océan Indien de l'ouest ( trapps du Deccan), de l' Atlantique central ( Province magmatique centre atlantique) et du sud (province du Parana et point chaud de Tristan da Cunha).

Critiques de l'hypothèse point chaud

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L'hypothèse point chaud est intéressante à plus d'un titre :

  • elle est simple et explique la plupart des observations,
  • les points chauds semblent rester fixes pendant que les plaques se déplacent en tous sens,
  • la chimie de leur magma suggère une origine différente du manteau supérieur et de la croûte,
  • les panaches apparaissent comme la contrepartie de la subduction des plaques,
  • le phénomène est reproductible en laboratoire et par des modèles numériques,
  • et l'hypothèse est fructueuse.

C'est même ce dernier point qui a retardé l'apparition d'explications alternatives. L'hypothèse était trop productive pour être abandonnée.

Néanmoins, les recherches stimulées par cette hypothèse, tout en confirmant certains points, ont mis en évidence que certaines preuves n'en étaient pas [4] :

  • la tomographie sismique montre bien ce qui pourrait être des panaches, mais seulement dans le manteau supérieur (ce qui n'est pas décisif, la précision étant en général insuffisante à grande profondeur),
  • pour certains points chauds, on a pu déterminer que l'anomalie est superficielle (sous les Marquises il peut s'agir d'une anomalie de densité, sous le Yellowstone la zone de transition est froide et non chaude, sous l'Islande l'anomalie semble s'arrêter à 400  km de profondeur seulement),
  • les anomalies de température et de fluidité et les anomalies chimiques entrent dans la variabilité normale du manteau supérieur.

Carte et liste des points chauds

Carte indiquant la localisation de 61 points chauds, identifiés par un point rouge et un numéro.

La liste suivante recense les points chauds. Le nombre éventuel entre parenthèses fait référence au numéro du point chaud sur la carte ci-contre. Sauf indication contraire, les positions et déplacements des points chauds proviennent de l'ouvrage Plate velocities in hotspot reference frame de W. J. Morgan et J. P. Morgan [5].

Légende de la colonne « Déplacement » :

  • p : précision de l'azimut, sur une échelle de 0,2 (très peu précis) à 1 (très précis). Quand la précision n'est pas quantifiée, elle est représentée par une lettre :
    • A s'il existe presque certainement un point chaud, mais qu'il n'y a pas d'alignement volcanique visible,
    • B s'il y a peut-être un point chaud, mais sans certitude,
    • C s'il n'y a probablement pas de point chaud, même si certaines caractéristiques sont présentes ;
  • az : azimut (direction du déplacement) ;
  • v : vitesse du déplacement.
Nom Plaque Position Déplacement Commentaires
Açores 1 Eurasiatique
Nord-américaine
37° 54′ N, 26° 00′ O p = 0,5 ; az = 110 ± 12°
p = 0,3 ; az = 280 ± 15°
Afar 29 Africaine 7° 00′ N, 39° 30′ E p = 0,2 ; az = 30 ± 15° ; v = 16 ± 8 mm/an Peut-être lié à la jonction triple de l'Afar il y a 30 Ma.
Anyuy Nord-américaine 67° N, 166° E p = B-
Anahim 45 Nord-américaine 52° 54′ N, 123° 44′ O [6]
Arago 59 Pacifique 23° 24′ S, 150° 42′ O p = 1 ; az = 296 ± 4° ; v = 120 ± 20 mm/an
Ascension 55 Sud-américaine 7° 54′ S, 14° 18′ O
Australes 58 Pacifique 25° 36′ S, 143° 18′ O p = (1.0) ; az = 293 ± 3° ; v = 75 ± 15 mm/an
Australie orientale 30 Australienne 40° 48′ S, 146° 00′ E p = 0,3 ; az = 0 ± 15° ; v = 65 ± 3 mm/an
Baïkal Eurasiatique 51° N, 101° E p = 0,2 ; az = 80 ± 15°
Balleny 2 Antarctique 67° 36′ S, 164° 48′ E p = 0,2 ; az = 325 ± 7°
Bermudes 56 Nord-américaine 32° 36′ N, 64° 18′ O p = 0,3 ; az = 260 ± 15°
Bouvet 51 Africaine 54° 24′ S, 3° 24′ E p = C
Bowie / Pratt-Welker 3 Pacifique 53° 00′ N, 134° 48′ O p = 0,8 ; az = 306 ± 4° ; v = 40 ± 20 mm/an
Cameroun 17 Africaine 2° 00′ N, 5° 06′ E p = 0,3 ; az = 32 ± 3° ; v = 15 ± 5 mm/an
Canaries 18 Africaine 28° 12′ N, 18° 00′ O p = 1 ; az = 94 ± 8° ; v = 20 ± 4 mm/an
Cap-Vert 19 Africaine 16° N, 24° O p = 0,2 ; az = 60 ± 30°
Carolines 4 Pacifique 4° 48′ N, 164° 24′ E p = 1 ; az = 289 ± 4° ; v = 135 ± 20 mm/an
Cobb 5 Pacifique 46° 00′ N, 130° 06′ O p = 1 ; az = 321 ± 5° ; v = 43 ± 3 mm/an
Cocos 60 Australienne 17° 00′ S, 94° 30′ E p = 0,2 ; az = 28° ± 6°
Comores 21 Africaine 11° 30′ S, 43° 18′ E p = 0,5 ; az = 118 ± 10° ; v = 35 ± 10 mm/an
Crough 61 Pacifique 26° 54′ S, 114° 36′ O p = 0,8 ; az = 284 ± 2°
Crozet 52 Antarctique 46° 06′ S, 50° 12′ E p = 0,8 ; az = 109 ± 10° ; v = 25 ± 13 mm/an Peut-être lié à la province ignée de Karoo-Ferrar il y a 183 Ma.
Darfour 6 Africaine 13° 00′ N, 24° 12′ E p = 0,5 ; az = 45 ± 8°
Discovery 50 Africaine 43° 00′ S, 2° 42′ O p = 1 ; az = 68 ± 3°
Eifel 8 Eurasiatique 50° 12′ N, 6° 42′ E p = 1 ; az = 82 ± 8° ; v = 12 ± 2 mm/an
Erebus 54 Antarctique 77° 30′ S, 167° 12′ E p = A
Etna 47 Africaine 37° 45′ 18″ N, 14° 59′ 43″ E p = A
Euterpe Pacifique Éteint
Fernando de Noronha 9 Sud-américaine 3° 48′ S, 32° 24′ O p = 1 ; az = 266 ± 7° Peut-être lié à la province magmatique centre atlantique il y a environ 200 Ma.
Foundation 57 Pacifique 37° 42′ S, 111° 06′ O p = 1 ; az = 292 ± 3° ; v = 80 ± 6 mm/an
Galápagos 10 Nazca
Cocos
0° 24′ S, 91° 36′ O p = 1 ; az = 96 ± 5° ; v = 55 ± 8 mm/an
p = 0,5 ; az = 45 ± 6°
Peut-être lié à la grande province ignée caribéenne il y a 88 à 95 Ma.
Gough 49 Africaine 40° 19′ S, 9° 56′ O [7], [8] p = 0,8 ; az = 79 ± 5° ; v = 18 ± 3 mm/an
Guadalupe 11 Pacifique 27° 42′ N, 114° 30′ O p = 0,8 ; az = 292 ± 5° ; v = 80 ± 10 mm/an
Guyanes Sud-américaine 5° N, 61° O p = B
Hainan 46 Eurasiatique 20° N, 110° E az = 0 ± 15°
Hawaï 12 Pacifique 19° 00′ N, 155° 12′ O p = 1 ; az = 304 ± 3° ; v = 92 ± 3 mm/an
Heard 53 Antarctique 53° 06′ S, 73° 30′ E p = 0,2 ; az = 30 ± 20°
Hoggar 13 Africaine 23° 18′ N, 5° 36′ E p = 0,3 ; az = 46 ± 12°
Islande 14 Eurasiatique
Nord-américaine
64° 24′ N, 17° 18′ O p = 0,8 ; az = 75 ± 10° ; v = 5 ± 3 mm/an
p = 0,8 ; az = 287 ± 10° ; v = 15 ± 5 mm/an
Peut-être apparu avec la dorsale médio-atlantique il y a 62 Ma [9].
Jan Mayen 15 Eurasiatique 71° N, 9° O p = C
Juan Fernández 16 Nazca 33° 54′ S, 81° 48′ O p = 1 ; az = 84 ± 3° ; v = 80 ± 20 mm/an
Karisimbi Africaine 1° 30′ S, 29° 24′ E p = B
Kerguelen 20 Antarctique 49° 36′ S, 69° 00′ E p = 0,2 ; az = 50 ± 30° ; v = 3 ± 1 mm/an Peut-être lié au Plateau des Kerguelen il y a environ 130 Ma.
Les îles Saint-Paul et Nouvelle-Amsterdam peuvent avoir été créées par ce point chaud.
Kilimandjaro Africaine 3° 00′ S, 37° 30′ E p = B
Lord Howe 22 Australienne 34° 42′ S, 159° 48′ E p = 0,8 ; az = 351 ± 10°
Louisville 23 Pacifique 53° 36′ S, 140° 36′ O p = 1 ; az = 316 ± 5° ; v = 67 ± 5 mm/an Peut-être lié au plateau d'Ontong Java il y a 125 à 120 Ma.
Macdonald 24 Pacifique 29° 00′ S, 140° 18′ O p = 1 ; az = 289 ± 6° ; v = 105 ± 10 mm/an
Mackenzie Nord-américaine Éteint
Madère 48 Africaine 32° 36′ N, 17° 18′ O p = 0,3 ; az = 55 ± 15° ; v = 8 ± 3 mm/an
Maria / Cook méridionales 60 Pacifique 20° 12′ S, 153° 48′ O p = 0,8 ; az = 300 ± 4°
Marion 25 Antarctique 46° 54′ S, 37° 36′ E p = 0,5 ; az = 80 ± 12°
Marquises 26 Pacifique 46° 54′ S, 37° 36′ E p = 0,5 ; az = 319 ± 8° ; v = 93 ± 7 mm/an
Martin Vaz Sud-américaine 20° 30′ S, 28° 48′ O p = 1 ; az = 264 ± 5° ; v = 30 ± 20 mm/an
Massif Central Eurasiatique 45° 06′ N, 2° 42′ E p = B ; az = 97 ± 12°
Matachewan Nord-américaine Éteint
Nouvelle-Angleterre / Grand Météore 28 Africaine 29° 24′ N, 29° 12′ O p = 0,8 ; az = 40 ± 10°
Ob-Lena Antarctique 52° 12′ S, 40° 00′ E p = 1.0 ; az = 108 ± 6°
Île de Paques 7 Nazca 26° 24′ S, 106° 30′ O p = 1 ; az = 87 ± 3° ; v = 95 ± 5 mm/an
Pierre 1er Antarctique 68° 48′ S, 90° 36′ O p = B
Pitcairn 31 Pacifique 25° 24′ S, 129° 18′ O p = 1 ; az = 293 ± 3° ; v = 90 ± 15 mm/an
Raton 32 Nord-américaine 36° 48′ N, 104° 06′ O p = 1 ; az = 240 ± 4° ; v = 30 ± 20 mm/an
La Réunion 33 Africaine 21° 12′ S, 55° 42′ E p = 0,8 ; az = 47 ± 10° ; v = 40 ± 10 mm/an Peut-être lié aux trapps du Deccan (principalement actifs entre il y a 66 et 68,5 Ma)
Rungwe Africaine 8° 18′ S, 33° 54′ E p = B+
Sainte-Hélène 34 Africaine 16° 30′ S, 9° 30′ O p = 1 ; az = 78 ± 5° ; v = 20 ± 3 mm/an
Samoa 35 Pacifique 14° 30′ S, 168° 12′ O p = 0,8 ; az = 285 ± 5° ; v = 95 ± 20 mm/an
Scott Antarctique 68° 48′ S, 178° 48′ O p = 0,2 ; az = 346 ± 5°
San Felix 36 Nazca 26° 24′ S, 80° 06′ O p = 0,3 ; az = 83 ± 8°
Shona 27 Africaine 51° 24′ S, 1° 00′ O p = 0,3 ; az = 74 ± 6° Également nommé point chaud du Météor.
Société 38 Pacifique 18° 12′ S, 148° 24′ O p = 0,8 ; az = 295 ± 5° ; v = 109 ± 10 mm/an
Socorro 37 Pacifique 19° N, 111° O
Tasmantides 39 Australienne 40° 24′ S, 155° 30′ E p = 0,8 ; az = 7 ± 5° ; v = 63 ± 5 mm/an
Tibesti 40 Africaine 20° 48′ N, 17° 30′ E p = 0,2 ; az = 30 ± 15°
Trindade 41 Sud-américaine 20° 30′ S, 28° 48′ O p = 1 ; az = 264 ± 5°
Tristan da Cunha 42 Africaine 37° 12′ S, 12° 18′ O
Vema 43 Africaine 32° 06′ S, 6° 18′ O Peut-être lié aux trapps d'Etendeka et de Paraná il y a environ 132 Ma, via la dorsale de Walvis.
Yellowstone 44 Nord-américaine 44° 30′ N, 110° 24′ O p = 0,8 ; az = 235 ± 5° ; v = 26 ± 5 mm/an Peut-être lié au groupe basaltique du Columbia il y a 14 à 17 Ma [10].

Notes et références

  1. Reproduite d'après Adolphe Nicolas  (de), Les Montagnes sous la mer, BRGM, 1990, 188 p.
  2. (en) William Jason Morgan, « Convection plumes in the lower mantle », Nature, vol. 230, no 5288,‎ , p. 42–43
  3. (en) V. Courtillot, A. Davaille, J. Besse & J. Stock, « Three distinct types of hotspots in the Earth's mantle », Earth and Planet Sci. Lett, vol. 205, nos 3-4,‎ , p. 295–308 ( lire en ligne).
  4. (en) Ian H. Campbell, Andrew C. Kerr, « The Great Plume Debate: Testing the plume theory », Chemical Geology, vol. 241, no 3,‎ , p. 149–152 ( DOI  10.1016/j.chemgeo.2007.01.013, lire en ligne).
  5. (en) W. J. Morgan et J. P. Morgan, « Plate velocities in hotspot reference frame: electronic supplement », sur http://www.mantleplumes.org, (consulté le 14 juin 2019).
  6. (en) « Catalogue of Canadian volcanoes- Anahim volcanic belt » [ archive du ], sur Natural Resources Canada, Geological Survey of Canada (consulté le 14 juin 2008)
  7. (en) C. O'Neill, R. D. Müller et B. Steinberger, « Revised Indian plate rotations based on the motion of Indian Ocean hotspots », Earth and Planetary Science Letters, vol. 215, nos 1–2,‎ , p. 151–168 ( DOI  10.1016/S0012-821X(03)00368-6, Bibcode  2003E&PSL.215..151O, lire en ligne[ archive du ], consulté le 14 juin 2019)
  8. (en) J. M. O'Connor et A. P. le Roex, « South Atlantic hot spot-plume systems : 1: Distribution of volcanism in time and space », Earth and Planetary Science Letters, vol. 113, no 3,‎ , p. 343–364 ( DOI  10.1016/0012-821X(92)90138-L, Bibcode  1992E&PSL.113..343O)
  9. (en) Søren B. Nielsen, Randell Stephenson et Erik Thomsen, « Letter:Dynamics of Mid-Palaeocene North Atlantic rifting linked with European intra-plate deformations », Nature, vol. 450, no 7172,‎ , p. 1071–1074 ( PMID  18075591, DOI  10.1038/nature06379, Bibcode  2007Natur.450.1071N)
  10. (en) Robert B. Smith, Michael Jordan, Bernhard Steinberger, Christine M. Puskas, Jamie Farrell, Gregory P. Waite, Stephan Husen, Wu-Lung Chang et Richard O'Connell, « Geodynamics of the Yellowstone hotspot and mantle plume : Seismic and GPS imaging, kinematics and mantle flow », Journal of Volcanology and Geothermal Research, vol. 188, nos 1–3,‎ , p. 26–56 ( DOI  10.1016/j.jvolgeores.2009.08.020, Bibcode  2009JVGR..188...26S, lire en ligne, consulté le 14 juin 2019)

Annexes

Bibliographie

  • Géodynamique, ed. Dunod, L. Jolivet - HC Nataf (1998)

Liens externes