Formation et destruction de la croûte continentale

Hervé Martin

Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand

Pierre Thomas

Laboratoire des Sciences de la Terre, ENS Lyon

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

15/12/2001

Résumé

Les mécanismes de croissance de la croûte continentale (actuelle et archéenne).


Question

Objet : formation de la croûte continentale... Date  : Mer, 5 Dec 2001 22:43:30 De  : Denis Rebout.

« Que peut-on dire de la formation et de la destruction de la croûte continentale ? »

Réponse

Résumé. La formation de la croûte continentale se fait par fusion partielle de matériel ultrabasique (roches mantelliques) ou basique (basaltes océaniques) : il y a extraction d'un liquide magmatique riche en Si, Al, Na et K par rapport aux basaltes de la croûte océanique et aux péridotites du manteau. C'est dans les zones de subduction que se fabrique actuellement l'essentiel de la croûte continentale par fusion partielle des roches du manteau. Pendant l'Archéen (avant 2,5 Ga), la croûte continentale était produite par la fusion de basaltes de la croûte océanique, très probablement dans un contexte de subduction.

La production actuelle de croûte continentale

Former de la croûte continentale, c'est extraire des liquides magmatiques à composition de granite et de granodiorite riches en Si, Al, Na et K à partir d'un manteau ultrabasique (riche en Mg, Fe, Ca et relativement pauvre en Si).

Cette extraction à partir du manteau peut se faire de deux façons :

  • par la fusion partielle directe des péridotites mantelliques,
  • par un mécanisme indirect en deux épisodes :

    1. fusion partielle du manteau qui engendre des basaltes (formation de croûte océanique par exemple) ;
    2. fusion de ces basaltes donnant naissance à de la croûte continentale.

Le processus le plus important quantitativement, c'est le magmatisme de subduction (magmatisme calco-alcalin). Il y a la fabrication d'un matériel à chimie continentale. C'est de très loin le principal « fabricant » de croûte continentale moderne.

On peut ajouter l'altération (aérienne) des basaltes de type point chaud. L'altération d'un basalte enlève à ce basalte le calcium (Ca) et le magnésium (Mg), et il ne reste que des argiles riches en Si et Al. Si ces argiles se sédimentent, sont intégrées dans un prisme d'accrétion et sont métamorphisées, elles deviennent micaschistes, matériel typiquement continental. Ce mécanisme reste très mineur par rapport à la production de croûte continentale dans les zones de subduction.

Il faut savoir aussi que la croûte continentale se «détruit». L'érosion amène du matériel continental à la mer. Celui qui se dépose sur le plateau continental reste « attaché » au continent ; il n'y a pas là de destruction. La majeure partie du matériel qui sédimente sur les fonds océaniques ou dans les fosses est ramenée au continent par le couple subduction/prisme d'accrétion. Une petite partie de ces sédiments à chimie continentale est subductée et disparaît dans le manteau. Ces sédiments participent éventuellement au magmatisme de subduction soit par fusion directe mais surtout par les fluides libérés par leur déshydratation.

Il y a enfin, dans les zones de collision (et peut-être même de subduction), des fragments de croûte continentale qui subductent, et qui disparaissent. Il y a débat scientifique actuellement pour connaître le rapport fabrication de croûte continentale/disparition de croûte continentale. Il semblerait qu'actuellement le bilan production-destruction soit à peu près équilibré.

La production de croûte continentale au cours de l'histoire de la Terre

Ces mécanismes de genèse de la croûte n'ont pas toujours été les mêmes tout au cours de l'histoire de la Terre. On peut globalement distinguer deux périodes.

Avant 2,5 milliards d'années (c'est l'Archéen)

La Terre était plus chaude, le gradient géothermique (flèche en bleue) était plus élevé qu'actuellement. La croûte océanique en subduction atteignait sa température de fusion (courbe de fusion ou solidus d'un basalte hydraté, en rouge) avant de s'être déshydratée (courbe de déshydratation de la croûte océanique en vert). Elle pouvait donc fondre donnant alors naissance à la croûte continentale primitive.

Figure 1. Fusion lors de la subduction durant l'Archéen

Fusion lors de la subduction durant l'Archéen

Figure 2. Croûte continentale primitive au Sud de l'Inde

Croûte continentale primitive au Sud de l'Inde

Âge de 3,2 Ga, gneiss péninsulaires.


Figure 3. Croûte continentale archéenne en Finlande orientale

Croûte continentale archéenne en Finlande orientale

Âge de 2,7 Ga, gneiss de Naavala.


Après 2,5 milliards d'années

La Terre s'étant refroidie, le gradient géothermique a diminué de telle manière que la croûte océanique en subduction (flèche bleue) se déshydrate (courbe verte) avant d'atteindre son solidus (courbe rouge).

Figure 4. Fusion lors de la subduction depuis 2,5 Ga

Fusion lors de la subduction depuis 2,5 Ga

Elle ne peut donc pas fondre et est intégralement recyclée dans le manteau. Les fluides issus de sa déshydratation remontent à travers les coins de manteau sus-jacent et chaud et en induisent la fusion.

Les magmas ainsi produits sont calco-alcalins et constituent la croûte continentale moderne.