Hoja de repaso: Formation et évolution de la lithosphère océanique

📋 Plan du Cours

1. Caractéristiques de la lithosphère océanique
2. Roches et faciès des dorsales océaniques
3. Formation de la lithosphère par décompression adiabatique
4. Dorsales rapides et croûte océanique caractéristique
5. Dorsales lentes et rôle dominant de la tectonique
6. Évolution chimique de la lithosphère par hydrothermalisme
7. Évolution physique et épaississement de la lithosphère
8. Augmentation de densité et vieillissement de la lithosphère
9. Mise en place et évolution de la lithosphère océanique

📖 1. Caractéristiques de la lithosphère océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Lithosphère océanique : Ensemble de roches rigides de la plaque océanique, formé au niveau des dorsales et évoluant avec l’éloignement de l’axe.
• Basalte en coussins : Roche volcanique formée en surface lors du refroidissement brutal du magma au contact de l’eau.
• Complexe filonien : Ensemble de filons de basalte qui se forment quand une partie du magma s’infiltre dans des failles et refroidit plus vite.
• Gabbros massifs : Roches plutoniques grenues formées en profondeur par refroidissement lent du magma dans la chambre magmatique.
• Péridotites : Roches du manteau, présentes dans la lithosphère océanique, qui participent à la fusion partielle lors de la formation de la croûte.

📝 Points essentiels

• La faille transformante Véma montre une LO composée de basalte en coussins, basalte en filons, gabbros massifs et péridotites.
• Les dorsales sont des chaînes sous-marines d’environ 2500 m de hauteur par rapport aux plaines abyssales.
• Les séismes aux dorsales sont peu profonds, traduisant une activité sismique liée à la divergence.
• Les dorsales présentent une divergence avec failles normales et failles transformantes, donc une activité tectonique marquée.
• Le magmatisme se manifeste par un flux géothermique élevé dû à la présence de magma chaud à l’origine de la croûte océanique.
• L’hydrothermalisme est visible par la présence de fumeurs noirs, liés à la circulation d’eau chaude.

💡 Astuce mémo

Pillow (surface) → Filons (dans les failles) → Gabbro (profondeur) → Péridotite (manteau).

📖 2. Roches et faciès des dorsales océaniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Fumeurs noirs : Indices d’activité hydrothermale aux dorsales, où de l’eau chaude chargée en éléments réagit avec les roches.
• Failles normales : Failles formées par extension lors de la divergence des plaques au niveau des dorsales.
• Failles de détachement : Grandes failles normales typiques des dorsales lentes, pouvant mettre à nu le manteau.
• Faciès amphibole : Ensemble de minéraux stable à basse température en présence d’eau, formé lors de la transformation hydrothermale.
• Faciès schiste vert : Ensemble de minéraux hydratés stable à plus basse température, produit par l’hydrothermalisme lors du refroidissement.

📝 Points essentiels

• Les dorsales dominent les plaines abyssales avec un réseau long d’environ 60 000 km.
• La région axiale des dorsales est un bombement large de plusieurs milliers de kilomètres.
• L’activité tectonique des dorsales est liée à l’extension, avec formation de failles normales et transformantes.
• L’activité magmatique produit basalte et gabbro, et alimente le flux géothermique élevé.
• L’activité hydrothermale se traduit par des fumeurs noirs, témoins de l’eau circulant dans les failles.
• Les faciès amphibole et schiste vert correspondent à des environnements de BPBT lors du métamorphisme hydrothermal.

💡 Astuce mémo

Dorsale = Sismique (peu profond) + Tectonique (failles) + Magmatique (basalte/gabbro) + Hydrothermal (fumeurs noirs).

📖 3. Formation de la lithosphère par décompression adiabatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Décompression adiabatique : Remontée de roches chaudes où la pression diminue sans baisse de température, favorisant la fusion partielle.
• Solidus des péridotites : Température/condition de début de fusion des péridotites, atteinte lors de la remontée et de la baisse de pression.
• Fusion partielle (20%) : Fraction de péridotite qui fond lors de la formation du magma, typiquement de l’ordre de 20% dans le modèle décrit.
• Chambre magmatique : Zone de stockage du magma à quelques kilomètres de profondeur, où le refroidissement forme gabbros et autres roches.
• Fusion préférentielle des minéraux : Principe selon lequel certains minéraux fondent davantage que d’autres, modifiant la composition du magma.

📝 Points essentiels

• Un flux géothermique élevé aux dorsales vient d’un flux ascendant de matériel chaud de l’asthénosphère.
• Les péridotites remontent sans refroidir (adiabatique) tandis que la pression diminue.
• Le géotherme croise le solidus entre 100 et 20 km de profondeur, déclenchant une fusion partielle.
• La fusion partielle produit un magma dont la composition diffère de la péridotite car la fusion n’est pas totale et certains éléments passent préférentiellement dans la phase liquide.
• Le magma, peu dense, remonte puis est stocké entre 2 et 7 km de profondeur dans une chambre magmatique.
• La vitesse d’expansion influence le pourcentage de fusion et donc la quantité de croûte océanique formée.

💡 Astuce mémo

Décompression sans refroidir → solidus atteint → 20% fond → magma stocké (2-7 km) → gabbro (lent) / basalte (rapide).

📖 4. Dorsales rapides et croûte océanique caractéristique

🔑 Notions clés & Définitions

• Dorsales rapides (type Pacifique) : Dorsales où l’expansion est rapide, entraînant une production de magma importante et une croûte océanique continue.
• Vitesse d’expansion : Paramètre qui conditionne la quantité de fusion partielle et donc l’épaisseur et la continuité de la croûte océanique.
• Accrétion de la croûte : Mécanisme de formation de la croûte océanique par apport de nouvelles roches magmatiques.
• Gabbro plutonique : Roche grenue formée en profondeur par refroidissement lent du magma dans la chambre magmatique.
• Basalte en coussin : Basalte formé en surface par refroidissement brutal au contact de l’eau, donnant une texture microlitique.

📝 Points essentiels

• Les dorsales rapides ont une vitesse d’expansion ≥ 10 cm/an.
• La région axiale forme un dôme de 5 à 15 km de large.
• La fusion partielle de 20% sous-jacente permet une production de magma importante.
• La croûte se forme par accrétion, donc principalement par magmatisme.
• La croûte est composée de basalte en surface et de gabbro en profondeur.
• Le gabbro refroidit lentement dans la chambre magmatique, tandis que le basalte en coussin refroidit brutalement au contact de l’eau à 2°C.

💡 Astuce mémo

Rapide = plus de magma = croûte continue (basalte + gabbro).

📖 5. Dorsales lentes et rôle dominant de la tectonique

🔑 Notions clés & Définitions

• Dorsales lentes (type Atlantique) : Dorsales où l’expansion est lente, avec moins de magma et une divergence dominée par la tectonique.
• Rift médian : Vallée axiale des dorsales lentes, large de 10 à 20 km, associée à l’extension.
• Serpentinisée : Péridotite mantellique hydratée et altérée observée en surface aux dorsales lentes.
• Manteau hydraté : Manteau dont les roches subissent une hydratation lors de la circulation hydrothermale proche de l’axe.
• Magmatisme minoritaire : Situation où la production de magma contribue peu à la création de nouvelles surfaces océaniques par rapport aux phénomènes tectoniques.

📝 Points essentiels

• Les dorsales lentes ont une vitesse d’expansion < 10 cm/an.
• La région axiale est un rift médian de 10 à 20 km de large.
• De nombreuses failles normales existent, dont les plus importantes sont des failles de détachement.
• La divergence lente entraîne une fusion partielle moindre, donc des chambres magmatiques plus petites voire absentes.
• Les roches de surface sont surtout des péridotites serpentinisées, avec des lentilles de gabbros hydratés possibles.
• Le magmatisme joue un rôle minoritaire : l’essentiel de la divergence est assuré par les failles normales et de détachement.

💡 Astuce mémo

Lent = moins de magma = manteau exposé (détachement) + serpentinisée en surface.

📖 6. Évolution chimique de la lithosphère par hydrothermalisme

🔑 Notions clés & Définitions

• Hydrothermalisme : Circulation d’eau dans les failles qui provoque des échanges chimiques et des transformations minéralogiques à l’état solide.
• Hydratation des minéraux : Transformation minéralogique où des ions OH- remplacent certains éléments, rendant les roches plus hydratées.
• Métamorphisme hydrothermal : Métamorphisme dû à l’hydrothermalisme, combinant modifications chimiques et minéralogiques sous BPBT.
• Métabasaltes : Basaltes ayant subi un métamorphisme hydrothermal.
• Métapéridotites : Péridotites ayant subi un métamorphisme hydrothermal.

📝 Points essentiels

• Quelle que soit la dorsale, l’eau s’infiltre dans les failles normales et réagit avec les roches.
• Des éléments métalliques passent dans l’eau et sont remplacés par des ions OH-, ce qui hydrate les minéraux.
• Le contact avec l’eau à 2°C refroidit les roches et déstabilise les associations minéralogiques.
• En dessous de 700°C : plagioclase + pyroxène + H2O → hornblende (faciès amphibole).
• En dessous de 500°C : plagioclase + hornblende + H2O → chlorite + actinote (faciès schiste vert).
• Au fur et à mesure que la LO s’éloigne de l’axe, elle se refroidit et s’hydrate, formant aussi des péridotites serpentinisées.

💡 Astuce mémo

2°C + eau qui circule → OH- + refroidissement → amphibole (700°C) puis schiste vert (500°C).

📖 7. Évolution physique et épaississement de la lithosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• Densité des roches superficielles : Propriété qui diminue quand les roches superficielles s’hydratent et se refroidissent.
• Isotherme 1300°C : Limite thermique où la péridotite passe d’un comportement rigide à un comportement plus ductile.
• Manteau lithosphérique : Partie supérieure du manteau constituée de péridotites rigides au-dessus de la zone plus ductile.
• Manteau asthénosphérique : Partie plus profonde du manteau constituée de péridotites moins rigides, sur laquelle la lithosphère peut s’appuyer.
• Épaississement de la lithosphère : Augmentation de l’épaisseur de la lithosphère avec l’enfoncement progressif de l’isotherme 1300°C.

📝 Points essentiels

• L’hydratation et le refroidissement des roches superficielles entraînent une diminution de leur densité.
• Malgré cette baisse locale, l’épaisseur du manteau lithosphérique augmente avec l’éloignement de la dorsale.
• Quand la température passe sous 1300°C, la péridotite devient rigide, marquant la limite lithosphère/asthénosphère.
• L’isotherme 1300°C s’enfonce plus profondément à mesure qu’on s’éloigne de la dorsale, ce qui traduit l’épaississement de la lithosphère.
• La densité globale de la LO augmente car le manteau lithosphérique ajouté est dense, avec d = 3.3.
• Vers 200 millions d’années, la densité de la LO atteint d = 3.25 et la lithosphère peut alors couler et subduire si les conditions tectoniques le permettent.

💡 Astuce mémo

1300°C = frontière rigide/ductile → enfoncement = épaississement → densité globale ↑ → vieillissement → coule/subduit.

📖 8. Augmentation de densité et vieillissement de la lithosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• Mise en place au niveau d’une dorsale rapide : Formation rapide d’une croûte océanique continue par magmatisme important et accrétion.
• Mise en place au niveau d’une dorsale lente : Formation plus lente et discontinue, où la tectonique expose davantage le manteau et où le magmatisme est réduit.
• Évolution chimique : Transformation des roches par hydrothermalisme, hydratation et métamorphisme à l’état solide.
• Évolution physique : Refroidissement et épaississement progressifs qui modifient la densité globale de la lithosphère.
• Vieillissement de la lithosphère : Processus d’éloignement de l’axe qui entraîne refroidissement, hydratation, épaississement et augmentation de densité.

📝 Points essentiels

• La lithosphère océanique se met en place par divergence au niveau des dorsales, avec formation de croûte par magmatisme (plus ou moins dominant selon le type).
• Dans une dorsale rapide, la croûte est continue et constituée de basalte et de gabbro, car la production de magma est importante.
• Dans une dorsale lente, la croûte est peu épaisse, discontinue voire absente, car la divergence est surtout tectonique avec failles de détachement.
• La circulation d’eau dans la jeune lithosphère entraîne hydrothermalisme : hydratation et transformations minéralogiques.
• Le refroidissement déstabilise les associations minérales et provoque la formation de nouveaux minéraux par métamorphisme.
• L’ensemble des changements augmente la densité de la lithosphère, qui s’enfonce progressivement dans l’asthénosphère sous-jacente.

💡 Astuce mémo

Mise en place (dorsale) → Chimie (hydrothermalisme) → Physique (refroidissement/épaississement) → Densité ↑ → enfoncement.

📖 9. Mise en place et évolution de la lithosphère océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Lithosphère océanique : Ensemble de roches rigides de la plaque océanique, formé au niveau des dorsales et évoluant avec l’éloignement de l’axe.
• Basalte en coussins : Roche volcanique formée en surface lors du refroidissement brutal du magma au contact de l’eau.
• Complexe filonien : Ensemble de filons de basalte qui se forment quand une partie du magma s’infiltre dans des failles et refroidit plus vite.
• Gabbros massifs : Roches plutoniques grenues formées en profondeur par refroidissement lent du magma dans la chambre magmatique.
• Péridotites : Roches du manteau, présentes dans la lithosphère océanique, qui participent à la fusion partielle lors de la formation de la croûte.

📝 Points essentiels

• La faille transformante Véma montre une LO composée de basalte en coussins, basalte en filons, gabbros massifs et péridotites.
• Les dorsales sont des chaînes sous-marines d’environ 2500 m de hauteur par rapport aux plaines abyssales.
• Les séismes aux dorsales sont peu profonds, traduisant une activité sismique liée à la divergence.
• Les dorsales présentent une divergence avec failles normales et failles transformantes, donc une activité tectonique marquée.
• Le magmatisme se manifeste par un flux géothermique élevé dû à la présence de magma chaud à l’origine de la croûte océanique.
• L’hydrothermalisme est visible par la présence de fumeurs noirs, liés à la circulation d’eau chaude.

💡 Astuce mémo

Pillow (surface) → Filons (dans les failles) → Gabbro (profondeur) → Péridotite (manteau).

📊 Tableaux de synthèse

Dorsales rapides vs lentes

Type de dorsale	Vitesse d’expansion	Croûte océanique	Rôle dominant
Rapide (Pacifique)	≥ 10 cm/an	Continue (basalte + gabbro)	Magmatisme dominant
Lente (Atlantique)	< 10 cm/an	Peu épaisse, discontinue voire absente	Tectonique dominant

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre basalte en coussins (refroidissement brutal à 2°C en surface) et gabbro (refroidissement lent en profondeur).
2. Croire que l’hydratation diminue toujours la densité globale : localement elle baisse, mais la densité globale augmente par ajout de manteau lithosphérique dense.
3. Mélanger les faciès : amphibole correspond à un seuil plus élevé (700°C) que le schiste vert (500°C).
4. Penser que la fusion partielle est totale : elle est partielle (20%) et la composition du magma change car certains minéraux fondent préférentiellement.
5. Oublier que l’épaississement vient de l’enfoncement de l’isotherme 1300°C, pas d’un changement d’épaisseur de la croûte océanique.

✅ Checklist Examen

1. Savoir lister les roches typiques de la lithosphère océanique (pillow lavas, filons, gabbros, péridotites) et relier chaque roche à son lieu de formation.
2. Décrire les caractéristiques des dorsales : hauteur, activité sismique peu profonde, tectonique (failles normales/transformantes), magmatique (flux géothermique), hydrothermale (fumeurs noirs).
3. Expliquer la formation du magma par décompression adiabatique et fusion partielle, avec les profondeurs clés (100 à 20 km) et la fraction fondue (20%).
4. Relier la vitesse d’expansion au type de dorsale et à la croûte : rapide (≥ 10 cm/an) croûte continue par accrétion, lente (< 10 cm/an) croûte discontinue avec rôle tectonique dominant.
5. Reconstituer la chaîne de transformations hydrothermales : eau à 2°C, échanges chimiques (OH-), puis faciès amphibole (<700°C) et schiste vert (<500°C), avec serpentinisée.
6. Expliquer l’évolution physique : baisse de densité des roches superficielles, rigidification sous 1300°C, enfoncement de l’isotherme 1300°C, épaississement et augmentation de densité globale (d=3.3 puis d=3.25 vers 200 M
7. Savoir faire un schéma bilan de mise en place et d’évolution de la lithosphère océanique pour dorsale rapide et dorsale lente.
8. À partir d’une lame mince et d’une roche de la LO, retracer la vie de la roche en reliant texture/minéraux à la formation (magma) puis aux transformations (hydrothermalisme et refroidissement).