Mots clés : carbonatite, Oldoinyo Lengai, Kaisersthul, natro-carbonatite, rift Est-africain, magma carbonaté, neyrereite, gregoryite

Le Lengaï et ses carbonatites

Romain Basset

Laboratoire de Sciences de la Terre, ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

12/06/2007

Résumé

Le volcan Oldoinyo Lengaï, seul volcan actif au monde dont les laves sont de type natro-carbonatite. Présentation du contexte, du volcan et de ses laves.


Les documents (photographies et film) ont été aimablement mis à disposition par une équipe composée de P. Burnard, B. Marty, F. Palhol (CRPG, Nancy), Toby Fischer (University of New Mexico) et Celia Nyamweru (St Lawrence University, USA).

Le rift Est-africain

Le rift Est-africain est formé de deux branches, Est et Ouest, distinctes, reliées entre elles par une zone de failles appelée linéament d'Assoua. Il s'agit d'un domaine de divergence intracontinentale assez lente, de l'ordre de 10 mm par an. Vers le Sud, la déformation décroît et devient insignifiante à son extrémité. Le rift s'est ouvert dès le Miocène comme en témoignent les sédiments continentaux et lacustres qui remplissent le fossé sur plus de 8000 m d'épaisseur.

Par ailleurs, d'immenses lacs occupent ce rift : lac Kiwu, lac Tanganyika, lac Malawi. Le volcanisme basaltique est plus abondant sur la branche orientale du rift que sur la branche occidentale, ce qui pourrait indiquer une extension plus importante dans cette zone. Les plus grands volcans, comme le mont Kenya et le Kilimandjaro, se situent à l'extrémité Sud de cette branche orientale, à l'intersection avec le linéament d'Assoua.

Figure 1. Photographie satellite de la région du rift Est-africain sur laquelle sont délimités la Tanzanie et le Kenya

Photographie satellite de la région du rift Est-africain sur laquelle sont délimités la Tanzanie et le Kenya

Le volcan Oldoinyo Lengaï est localisé par une flèche.


Remarque. Il est intéressant de noter que certains géologues considèrent que la vitesse d'ouverture du rift Est-Africain est suffisamment importante pour justifier l'existence d'une plaque supplémentaire (dite plaque Somalie) qui comprend la partie de la plaque Afrique située à l'Est du rift. D'autres chercheurs pensent que les déplacements sont trop faibles par rapport aux mouvements des grandes plaques tectoniques et que ce rift doit être considéré comme une zone de déformation intraplaque et non comme une frontière de plaques.

Le volcan Oldoinyo Lengaï

Un petit tour vers le Lengaï et le lac Natron avec Google Earth.

Oldoinyo Lengaï est un volcan de la vallée du rift Est-africain, au nord de la Tanzanie. Son nom signifie « Montagne de Dieu » dans le langage des tribus Massai qui peuplent la région. Oldoinyo Lengaï présente un intérêt particulier pour les géologues parce qu'il constitue le seul volcan actif au monde produisant des éruptions de laves de natro-carbonatites. Il s'agit également du seul volcan en activité de ce côté de la vallée du rift Est-africain, bien que dans cette région se trouvent de nombreux anciens volcans éteints.

Oldoinyo Lengaï s'élève à plus de 2000 mètres au-dessus du sol de la vallée jusqu'à une altitude approximative de 2886 mètres.

Figure 2. Photographie du volcan Oldoinyo Lengaï, prise depuis le sol de la vallée du rift Est-africain

Photographie du volcan Oldoinyo Lengaï, prise depuis le sol de la vallée du rift Est-africain

Les natro-carbonatites

Les carbonatites sont des roches ignées très rares comportant plus de 50% de minéraux carbonatés. Il existe, à travers le monde, environ 330 sites connus où l'on peut voir des carbonatites. La plupart sont des roches ignées intrusives (dykes, etc.), rencontrées en tant que partie mineure d'intrusions bien plus conséquentes de roches ignées silicatées (telles que néphéline syénite), communément référencées comme "complexes carbonatitiques".

Or, le magma qui est fréquemment érupté du volcan Oldoinyo Lengaï s'avère très particulier pour deux raisons principales découvertes par Dawson en 1960 (Dawson, 1962) :

  • il s'agit de carbonatites extrusives  ;
  • les roches contiennent une proportion importante en alcalins (principalement du sodium, d'où leur nom de natro-carbonatites, mais également du potassium).

Les natro-carbonatites sont composées principalement de deux minéraux : nyerereite (Na2Ca(CO3)2, d'après Julius Nyerere, le premier président de la Tanzanie indépendante), et gregoryite ((Na2,K2,Ca)CO3, d'après J.W. Gregory, un des premiers géologues à étudier le rift Est-africain). Ces minéraux carbonatés anhydres sont tous deux riches en sodium et potassium, et réagissent très rapidement au contact de l'humidité de l'air. Les laves noires ou marron foncé blanchissent ainsi en seulement quelques heures, car de nouveaux minéraux se forment lorsque l'eau de l'atmosphère réagit avec les carbonates sodiques et potassiques (Simonetti et al, 1997).

Figure 3. Coulée récente (noire) de natrocarbonatite (Oldoinyo Lengaï)

Coulée récente (noire) de natrocarbonatite (Oldoinyo Lengaï)

Figure 4. Coulées de natrocarbonatites d'âges différents (Oldoinyo Lengaï)

Coulées de natrocarbonatites d'âges différents (Oldoinyo Lengaï)

La coulée (1) la plus récente, sombre, recouvre une ancienne coulée (2) datant de quelques mois, blanchâtre.


Par ailleurs, les natro-carbonatites possèdent d'autres spécificités inhérentes à leur nature :

  • la température des laves à l'éruption  : ces laves sont fluides à des températures plus basses que les laves silicatées, dès 540 à 593°C, alors que le basalte n'est fluide qu'à plus de 1100°C ;
  • les laves ne sont pas incandescentes  : elles possèdent un aspect de boue, elles ne brillent pas en rouge en pleine journée, même si une terne incandescence rougeâtre peut être visible une fois la nuit tombée ;
  • les laves ont une viscosité extrêmement faible .

Figure 5. Éruption de natro-carbonatites, la très faible viscosité de ces laves est manifeste (Oldoinyo Lengaï)

Éruption de natro-carbonatites, la très faible viscosité de ces laves est manifeste (Oldoinyo Lengaï)

Voir (et entendre) une coulée très faiblement visqueuse de l'Oldoinyo Lengaï (53s).

Ainsi, les laves composées de carbonatites ne sont pas de simples calcaires fondus, mais représentent plutôt un type de laves dérivé du manteau qui a été, d'une certaine manière, séparé en deux fractions distinctes : l'une enrichie en carbonates et l'autre en silicates (Simonetti et al, 1997).

Dès lors, dans l'optique d'étudier la composition en éléments volatils du manteau de la Terre, ces éruptions peu communes représentent une ressource tout à fait unique, puisque les gaz volcaniques finissent concentrés dans la fraction carbonatée qui s'écoule d'Oldoinyo Lengaï.

Références

  • J.B. Dawson, 1962. The geology of Oldoinyo Lengaï. Bulletin Volcanologique, v. 24, p. 349-387.
  • Antonio Simonetti, Keith Bell, Catherine Shrady, 1997. Trace- and rare-earth-element geochemistry of the June 1993 natrocarbonatite lavas, Oldoinyo Lengaï (Tanzania): Implications for the origin of carbonatite magmas. Journal of Volcanology and Geothermal Research, Volume 75, Issues 1-2, January 1997, Pages 89-106. Antonio Simonetti, Keith Bell and Catherine Shrady
  • Les pages de Celia Nyamweru : http://it.stlawu.edu/~cnya/
Mots clés : carbonatite, Oldoinyo Lengai, Kaisersthul, natro-carbonatite, rift Est-africain, magma carbonaté, neyrereite, gregoryite