L'Islande, une interaction point chaud - dorsale

Hervé Bertrand

Univ. Claude Bernard, Lyon I / ENS Lyon

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

20/01/2001

Résumé

Mises en évidence topographiques, tomographiques et géochimiques de l'interaction entre une point chaud et une dorsale sous l'Islande.


Question

« Comment les données géochimiques montrent-elles que l'Islande résulte de l'interaction entre un point chaud et une dorsale ? »

Question posée par JPE le 6 janvier 2001 par courrier électronique.

Réponse

Résumé  : L'Islande est une cible exceptionnelle pour illustrer, par des approches géologique, géophysique et géochimique, l'interaction entre un point chaud et une dorsale. La composition isotopique des laves épanchées en surface reflète les hétérogénéités du manteau terrestre. Avec l'appui de la tomographie, la géochimie permet de mieux comprendre la dynamique interne du globe.

La question de l'origine de l'Islande peut être abordée en combinant des approches topographiques, tomographiques et géochimiques.

Topographie


L'Islande représente une émersion de la dorsale médio-atlantique, dont l'axe est matérialisé par le rift islandais. Un récent épisode d'activité de ce rift s'est produit entre 1975 et 1984 dans la région de Krafla, avec la mise en place de coulées basaltiques et une extension mesurée de 9 mètres. Cette partie émergée est l'apex d'une vaste anomalie topographique de la lithosphère. Notez que la ride de Reykjanes remonte de –3000 m jusqu'au rift islandais (cf Figure 7).

Tomographie

Cette anomalie topographique est l'expression en surface d'une anomalie de vitesse identifiée par tomographie jusqu'à 400 km (données 1997) puis 2800 km de profondeur (données 1999). Cette anomalie de vitesse est interprétée comme la remontée d'un panache de manteau profond à l'origine du point chaud islandais. Ce panache qui remonte à l'état solide est plus chaud de quelques centaines de degrés que le manteau environnant. Il provoque le bombement de la lithosphère observé en surface sur plus de 1000 km de diamètre.

Figure 2. Évidence tomographique d'un panache mantellique complet sous l'Islande

Évidence tomographique d'un panache mantellique complet sous l'Islande

Figure 3. Panache islandais, vue tomographique 3D

Panache islandais, vue tomographique 3D

A partir de ces données, on peut envisager l'origine du panache dans la couche D".

Géochimie

La tomographie nous indique donc que le manteau source des laves d'Islande peut comporter une composante très profonde (couche D") de composition différente de l'asthénosphère qui est à l'origine des MORB de la dorsale médio-atlantique. En schématisant, on pense que des composants crustaux seraient recyclés dans le manteau via la subduction et s'accumuleraient au cours des temps géologiques dans la couche D". Dans ce modèle, la couche D" acquiert ainsi une signature isotopique plus radiogénique en strontium (rapport 87Sr/86Sr élevé) et moins radiogénique en néodyme (rapport 143Nd/144Nd faible) que l'asthénosphère.

Figure 4. Étude isotopique des laves islandaises dans un diagramme Nd/Sr

Étude isotopique des laves islandaises dans un diagramme Nd/Sr

Source : R.N Taylor et al., 1997, EPSL, vol. 148, doi:10.1016/S0012-821X(97)00038-1


Figure 5. Localisation des sites des études géochimiques ci-contre

Localisation des sites des études géochimiques ci-contre

En schématisant, on pense que des composants crustaux seraient recyclés dans le manteau via la subduction et s'accumuleraient au cours des temps géologiques dans la couche D". Dans ce modèle, la couche D" acquiert ainsi une signature isotopique plus radiogénique en Strontium (rapport 87Sr/86Sr élevé) et moins radiogénique en Néodyme (rapport 143Nd/144Nd faible) que l'asthénosphère...

Ces différences de composition peuvent être appréhendées en comparant la composition isotopique des laves d'Islande et de la dorsale atlantique qui reflète directement celle de leur manteau source. En effet les processus de fusion partielle et de cristallisation fractionnée ne modifient pas la composition isotopique en Nd (rapport 143Nd/144Nd) ou en Sr (rapport 87Sr/86Sr) entre le manteau source, le magma et le basalte produit.

Ainsi sur un diagramme isotopique Nd-Sr, on constate que les laves de la dorsale, celles d'Islande et celles des Açores (un autre point chaud de l'Atlantique) occupent des champs différents qui décrivent une anti-corrélation Nd-Sr. Ceci s'explique par un mélange, en proportions variables, entre un manteau source radiogénique en Nd et peu radiogénique en Sr (en haut à gauche du diagramme : c'est l'asthénosphère) et un manteau source radiogénique en Sr et peu radiogénique en Nd (en bas à droite du diagramme, hors cadre : c'est le panache).

Ceci s'explique par un mélange, en proportions variables, entre un manteau source radiogénique en Nd et peu radiogénique en Sr (en haut à gauche du diagramme : c'est l'asthénosphère) et un manteau source radiogénique en Sr et peu radiogénique en Nd (en bas à droite du diagramme, hors cadre : c'est le panache). Le composant asthénosphérique est prépondérant sous la dorsale (MORB Atlantique). L'influence du composant panache est la plus nette sous les Açores (excentrées par rapport à la dorsale).

Ainsi, la composition isotopique intermédiaire des basaltes islandais suggère une dilution du panache par l'asthénosphère qui s'explique par la position de l'Islande à l'aplomb de la dorsale. Cette dilution augmente progressivement le long de la dorsale de Reykjanes, lorsqu'on s'éloigne du point chaud islandais.

Figure 6. Thingvellir

Thingvellir


Figure 8. Krafla

Krafla

Un exercice : SIG et Islande sur eduterre-usages.