|
Du cristal d'olivine aux propriétés des plaques tectoniques Les forces mises en jeu par la tectonique des plaques réactivent d'anciennes structures héritées d'événements géologiques anciens. Cela peut se traduire par l'apparition d'une rupture continentale (ouverture d'un rift) le long d'une ancienne zone de collision ou par de l'activité sismique ou volcanique loin des limites de plaque actives. Dans une publication parue récemment dans Nature Geoscience, des chercheurs montrent que de telles réactivations sont liées à l'orientation préférentielle des cristaux d'olivine qui composent le manteau lithosphérique. La tectonique oriente les cristaux d'olivine du manteau L'olivine est le principal minéral (50-70% vol.) du manteau supérieur. Des études expérimentales ont montré que la déformation plastique du cristal d'olivine est très anisotrope, c'est-à-dire que pour une même contrainte les vitesses de déformation varient de plus de 2 ordres de grandeur selon la direction d'application. Cette anisotropie fait que lors de la déformation du manteau, les cristaux d'olivine tendent à s'orienter. Comme la déformation élastique de l'olivine est aussi très anisotrope, les ondes sismiques se déplacent à des vitesses différentes selon leur direction de propagation ou de polarisation, on parle alors d'anisotropie sismique. Depuis plus de 25 ans, la mesure de l'anisotropie sismique est utilisée pour cartographier les orientations cristallographiques de l'olivine dans le manteau. Cette anisotropie est généralement forte sous les chaînes de montagnes, indiquant que les déformations dans les limites de plaques convergentes ou décrochantes induisent des orientations préférentielles des cristaux d'olivine dans le manteau lithosphérique, cohérentes sur des échelles de 100 à 1000 km. Ces observations ont conduit les auteurs à proposer dès 1998 (Vauchez et al. 1998, Terra Nova) que la réactivation presque systématique d'anciennes chaînes de montagnes lors des processus d'ouverture continentale (rifting) était due à un comportement mécaniquement anisotrope des plaques continentales, du fait d'une orientation préférentielle des cristaux d'olivine héritée des épisodes tectoniques antérieurs. Des modèles numériques pour passer de l'échelle du cristal à l'échelle de la plaque tectonique Cette hypothèse implique que la déformation à grande échelle des plaques tectoniques est contrôlée par l'anisotropie intrinsèque de l'olivine, c'est-à-dire par des processus à l'échelle du cristal. Pour tester et valider cette hypothèse les auteurs ont développé des modèles numériques originaux où les différentes échelles de déformation s'emboitent du cristal à la plaque tectonique. Ces modèles simulent la déformation de chaque élément d'une plaque continentale composé d'un agrégat de 1000 cristaux d'olivine, afin de prédire l'évolution des orientations des cristaux et l'anisotropie mécanique qui en découle en tous points de la plaque. Les résultats suggèrent que l'anisotropie de déformation du cristal d'olivine joue un rôle fondamental dans la tectonique des plaques, car elle pilote la réactivation des structures préexistantes, comme les chaînes de montagnes ou les grands décrochements. En effet, les orientations préférentielles des cristaux d'olivine figées dans le manteau lithosphérique contrôlent la localisation et l'orientation de zones de déformation intraplaque, qui peuvent évoluer et former des nouvelles limites de plaque. Des structures géologiques réinterprétées L'anisotropie mécanique induite par l'orientation préférentielle de l'olivine dans le manteau permet ainsi d'expliquer un grand nombre d'observations géologiques : - Ainsi la formation préférentielle des rifts continentaux le long d'anciennes chaînes de montagnes, telle l'ouverture de l'Atlantique qui réactive, au sud, des chaînes d'âge Néoprotérozoïque (750-600 millions d'années) au Brésil et Afrique, et, dans sa partie centrale et nord, les structures des chaînes Hercynienne et Calédonienne (>250 Millions d'années). - Parce qu'elle produit naturellement un cisaillement parallèlement aux structures réactivées, l'anisotropie mécanique associée à des grandes failles lithosphériques et chaînes de montagnes favorise les mouvements décrochants, qui ne sont pas produits directement par les mouvements de convection du manteau, mais qui ont un rôle fondamental dans la tectonique des plaques. - Enfin, l'anisotropie mécanique, en favorisant la réactivation d'anciens décrochements, pourrait aussi expliquer les zones de sismicité intraplaque, telle l'activité sismique en Bretagne le long de la faille sud-armoricaine d'âge hercynien. Source : INSU |