Les plumes du manteau font craquer les continents
Des scientifiques de la Terre de l'ETH Zurich et de l'Université Paris VI montrent, gr?ce à une simulation à haute résolution inégalée jusqu'à présent, que des colonnes de magma provenant de l'intérieur de la Terre peuvent faire éclater des continents - mais seulement si la peau de la Terre est déjà tendue.
En certains endroits de la Terre, des matériaux s'élèvent sur des centaines de kilomètres, à la manière de colonnes, depuis la couche limite du noyau terrestre et du manteau interne jusqu'en dessous de la cro?te terrestre. Freiné par la résistance de la cro?te dure, le flux de matière se propage latéralement et prend la forme d'un champignon. Les spécialistes appellent ces colonnes de magma des panaches du manteau ou plus brièvement des panaches.
Le rift africain à cause des plumes du manteau ?
Les géologues supposent que les panaches ne génèrent pas seulement des volcans en dehors des zones tectoniquement actives, mais qu'ils peuvent aussi fracturer des continents. Les scientifiques citent en exemple la dépression du Danakil, une plaine située dans le triangle formé par l'?thiopie, l'?rythrée et Djibouti. Cette zone, connue sous le nom de "Triple Junction", est extrêmement active sur le plan tectonique et volcanique. Les géologues supposent que le "panache d'Afar" s'élève en dessous. Sous son action, un système de fosses s'est formé, qui bifurque ici en mer Rouge, en golfe d'Aden et en rift africain. Mais comme ce processus a duré de longues périodes géologiques, personne ne peut confirmer ou rejeter avec certitude l'hypothèse de la force de rupture continentale d'un panache.
La simulation se rapproche de la réalité
Gr?ce à un nouveau modèle informatique, Evgueni Burov, professeur à l'Université Paris VI, et Taras Gerya, professeur de géophysique à l'ETH Zurich, se rapprochent aujourd'hui de cette énigme géologique. Leur travail vient d'être publié dans "Nature". Les deux chercheurs ont mené des expériences numériques pour représenter la surface de la Terre au-dessus d'un panache en trois dimensions et à haute résolution.
Le résultat de ces simulations est que les flux de matériaux ascendants ont la force de briser les continents, à condition que la plaque tectonique soit soumise à une (faible) tension. "La force exercée par un panache sur une plaque est en fait trop faible pour la fragmenter", explique Gerya. Lors d'expériences avec des modèles simples, les chercheurs ont fait entrer des plumes dans une plaque détendue, ce qui n'a pas entra?né sa rupture. Seule une colline circulaire s'est formée. Mais si les géophysiciens modélisaient le même processus avec une plaque soumise à une faible tension, celle-ci se brisait et un système de fissures et de fossés se formait, comme on en trouve dans la nature.
"Le processus est comparable à un rouleau de plastique tendu. Il suffit d'une petite force ponctuelle pour que le film se déchire. En revanche, si le film est détendu, il est quasiment impossible de le déchirer". Ce mécanisme avait déjà été proposé auparavant comme modèle d'explication possible de l'éclatement des continents, mais n'avait pas pu être expliqué de manière plausible jusqu'à présent.
Premières simulations à haute résolution
"Nous sommes les premiers à avoir pu modéliser l'interaction d'un panache avec une plaque sous tension avec une résolution aussi élevée", poursuit Gerya. Pour réaliser les simulations, il faut des ordinateurs puissants et rapides et des algorithmes stables, qu'ils ont programmés eux-mêmes. Les scientifiques ont profité des progrès techniques, mais aussi de l'expérience que le professeur de l'ETH a acquise dans ce domaine au cours des dix dernières années.
Dans le modèle, les déformations se produisent à un rythme élevé - pour des conditions géologiques. Après "seulement" deux millions d'années, des systèmes de fosses de plusieurs kilomètres de profondeur et de plus de mille kilomètres de longueur peuvent se former. Ces processus sont donc jusqu'à 10 fois plus rapides que les processus tectoniques comme la subduction et 50 fois plus rapides que le plissement alpin par exemple.
Une idée controversée
L'idée des panaches mantelliques ne fait cependant pas l'unanimité. Certains chercheurs doutent même de leur existence. "Je pense qu'il est peu probable qu'ils n'existent pas", déclare Gerya. Comme c'est souvent le cas en géologie, et en particulier dans l'étude de la vie intérieure de la Terre, il n'est pas possible d'observer directement de tels processus ni l'existence des panaches. De même, les longues périodes au cours desquelles se déroulent les processus géologiques échappent à l'expérience quotidienne de l'homme. "La seule chose que nous pouvons observer, ce sont les effets que les panaches ont sur la surface de la Terre et sur la progression des ondes sismiques à l'intérieur de la Terre".
C'est pourquoi on dépend de bons modèles réalistes qui font défiler les processus en accéléré. Le degré de réalisme des représentations calculées dépend des paramètres utilisés. Le modèle de l'interaction entre la plaque continentale et le panache intègre par exemple les lois physiques, les propriétés des matériaux de la cro?te terrestre ainsi que les rapports de température et de pression. "Les règles du jeu sont claires pour nous. Mais en règle générale, l'homme n'a pas assez d'intuition pour voir comment elles interagissent".
Référence bibliographique
Burov E, Gerya T. Asymmetric three-dimensional topography over mantle plumes. Nature 513,85-89 (04 septembre 2014), publiée en ligne le 3rd septembre 2014. DOI : page externe10.1038/nature13703