Panache (géologie)

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Une lampe à lave illustre le concept de panache.

Un panache est, en géologie, une remontée de roches anormalement chaudes, provenant du manteau terrestre. Comme la partie haute des panaches peut fondre partiellement en atteignant des profondeurs faibles, on suppose qu'ils sont à l'origine de centres magmatiques tels que les points chauds, et sont sûrement à l'origine des coulées basaltiques de trapps.

C'est un phénomène permettant à la Terre de perdre de sa chaleur, d'une importance secondaire par rapport à la chaleur perdue en limite de plaques lithosphériques. Certains scientifiques pensent que la tectonique des plaques refroidirait le manteau, alors que les panaches refroidiraient le noyau terrestre.

Théorie de Morgan - Formation des panaches

On suppose, en accord avec un hypothétique ralentissement du mouvement des plaques, qui peut être associé à la formation d'un supercontinent durant un période longue et prolongée, que, en l'absence de convection mantellique, le manteau inférieur commencerait à surchauffer localement. Ces régions plus chaudes du manteau, à proximité de l'interface noyau-manteau , subissent une poussée d'Archimède relativement au matériau les entourant, et commencent à monter par diapirisme.

Ce panache de matériau remonte au travers du manteau. En atteignant de faibles profondeurs dans l'asténosphère, le haut du panache subit une fusion partielle, du fait de la décompression induite par la chute de la pression lithostatique, et de grands volumes de magma se forment. Ce magma remonte au travers de l'asténosphère jusqu'à atteindre la croûte, où se forme un point chaud. Du fait de leur profondeur importante, il est difficile de prouver leur existence et la théorie de Morgan est assez controversée.

Arguments soutenants la théorie

Les panaches fournissent une explication au volcanisme intraplaque de points chauds. Divers éléments soutiennent cette idée : l'alignement des volcans, la fixité des points chauds, et les anomalies géophysiques et géochimiques. La chaîne d'îles volcaniques d'Hawaii a été la principale anomalie volcanique utilisée pour expliquer la théorie des panaches (Morgan, 1972 et Willson, 1963).

Alignements volcaniques

La linéarité apparente des îles de cette chaîne et leur distribution en âges progressifs s'explique dans ce contexte comme étant le résultat de l'action de la remontée d'un panache du manteau profond ves la croûte inférieure, en un point fixe, et formant à son effusion une traînée d'îles, du fait du mouvement des plaques lithosphériques (Morgan, 1972).

Géochimie

L'étude des isotopes du gaz rare hélium fournit de précieuses informations.

L'hélium-3 est un isotope rare sur Terre. Il est produit par le Soleil, et généralement les étoiles, et explusé au travers de l'espace par l'intermédiaire des vents solaires. Ces isotopes sont en grande partie repoussés par le champ magnétique terrestre. Dans les basaltes des rides océaniques (MORB en anglais), comme ceux trouvés dans les roches volcaniques hawaiiennes, des rapports isotopiques ³He/⁴He anormaux ont été découverts, ce qui signifie qu'ils portent la signature d'un manteau terrestre primitif, non dégazé (la Terre n'avait pas d'atmosphère à ce stade ancien). Cependant, des explications alternatives à cette anomalie géochimique ont été proposées (Anderson, 1998).

Anomalies géophysiques

Des anomalies géophysiques ont été identifiées en mesurant les variations temporelles et spatiales de la vitesse des ondes sismiques au travers du globe. Un corps fluide possédant une densité faible (c'est le cas des panaches chauds ou d'un manteau plus liquide) se traduit par une vitesse d'ondes sismiques plus faible que le manteau l'entourant. L'observation des régions où les ondes sismiques ont plus de peine à progresser mettent clairement en évidence des régions où le manteau est anormalement chaud, comme observé sous Hawaii (Ritsema et al., 1999).

Plus généralement, les scientifiques peuvent, par l'usage d'un réseau dense de sismomètres et par la technique de la tomographie, construire des images en 3 dimensions des vitesses d'ondes afin d'identifier des structures verticales pouvant être des panaches (Yuan et Dueker, 2005). La dynamique en surface et un flux élevé de chaleur sont d'autres indicateurs des panaches (Burov, 2005).

Des différences de densité entre un panache et un matériau plus tempéré l'entourant permettent aux scientifiques de distinguer les deux. Les ondes sismiques générées par les séismes de forte magnitude sont utilisées pour déterminer la structure interne de la Terre : elles sont ralenties en traversant les matériaux à faible densité.

En analysant les ondes P, un groupe de scientifiques de Princeton a identifié 32 régions internes du globe où ces ondes circulent de manière plus lente que la moyenne. Leur conclusion est que ces zones sont des panaches. La même équipe a aussi utilisé des ondes S pour montrer que ces panaches s'étendaient jusqu'à la discontinuité noyau - manteau, aussi nommée « Discontinuité de Gutenberg » (Montelli et al., 2004).

La modélisation informatique des panaches montre qu'un changement de composition des panaches montants peut leur donner des formes diffuses et variantes, en opposition au modèle premier des panaches, premièrement envisagés comme en forme de champignons, homogènes (Farnetani et Samuel, 2005).

Lien externe

• (en) MantlePlumes.org

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