Comment naît un nouvel océan ?

Si le mouvementmouvement des plaques tectoniques peut provoquer d'importantes collisions continentales et donner naissances à des chaînes de montagnes comme les Alpes ou l'Himalaya, il est également intimement associé à un autre phénomène, majeur dans le cycle tectonique : l'ouverture de nouveaux océans.

Au cours des temps géologiques, la Terre a en effet connu plusieurs grands cycles tectoniques menant à la formation de supercontinents. Durant ces phases où toutes les massesmasses continentales sont regroupées, la majorité de la surface terrestre est occupée par un unique océan. Les processus profonds mais également les contraintes liées à la création continue de croûte océanique et à son recyclage au niveau des zones de subductionzones de subduction font que cette configuration ne peut pas rester figée. Après une étape de regroupement s'ensuit immanquablement une phase d'ouverture continentale. Ces différentes étapes font partie du cycle de Wilson.

Les différentes étapes du cycle de Wilson : rifting continental, expansion océanique, initiation d’une subduction, convergence continentale et collision. © Anthony Saphon, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Rifting et rupture continentale : les étapes préalables à l’ouverture océanique

Or, un continent qui se sépare (totalement) en deux donne automatiquement naissance à un nouvel océan. C'est ainsi qu'après la phase d'extension continentale va naître une nouvelle dorsale océaniquedorsale océanique. La dorsale médio-atlantique, par exemple, est ainsi née à la suite de la dislocation du supercontinent Pangée. Il y a 180 millions d'années, les plaques sud-américaine et africaine commencent à se séparer. Elles seront suivies par la séparationséparation des plaques nord-américaine et eurasiatique.

Carte des dorsales à la surface du globe. Sont surlignées en jaune les dorsales dites rapides, en vert les dorsales dites lentes. En rouge les dorsales dites intermédiaires. © USGS (modifié)

L'amincissement et la rupture de la croûte continentalecroûte continentale font partie du processus de rifting. La mise en place d'une nouvelle dorsale océanique n'interviendra qu'à la fin de ce processus de rupture, dont les mécanismes peuvent être variés et prendre plus ou moins de temps, en particulier en fonction de la vitessevitesse d'extension des plaques qui n'est cependant jamais plus de quelques centimètres par an. Le mécanisme menant à la formation d'un nouvel océan s'étale donc sur plusieurs dizaines de millions d'années.

Une remontée localisée du manteau asthénosphérique

Une dorsale océanique se définit par une remontée très localisée de manteaumanteau asthénosphérique chaud. Cette remontée de péridotitespéridotites à plus de 1.300 °C s'accompagne d'un processus de fusion partiellefusion partielle qui génère du magmamagma de type Morb. En cristallisant à différentes profondeurs, ce magma va produire une nouvelle croûte, dont la composition est très différente de celle de la croûte continentale. Il s'agit de la croûte océanique. On parle ainsi d’océan lorsqu'une nouvelle dorsale entre en activité et produit de la croûte océanique.

Mais comment se forme une dorsale ?

Tout est question d'extension et d'équilibre isostatique. La croûte continentale ayant une densité plus faible que celle du manteau, elle « flotte » au-dessus de ce milieu bien plus dense. Mais lorsqu'elle s'amincie, cette variation d'épaisseur va entraîner un afflux de matériel profond, dans le but de « compenser » cette perte d'épaisseur. Les zones de riftrift sont donc caractérisées par une remontée du manteau asthénosphérique sous la région de plus fort amincissement. C'est d'ailleurs pour cela que l'Alsace, qui est un ancien rift non achevé est marquée par un fort gradientgradient géothermique qui permet notamment l’exploitation de la chaleur du sous-sol.

Schéma montrant les différentes grandes région tectoniques, dont une dorsale médio-océanique (12) associée à une remontée de l'asthénosphère (1). © USGS/USGov, Eurico Zimbres, Wikimedia Commons, domaine public

Alors que la croûte continentale s'amincit progressivement, et avec elle toute la lithosphèrelithosphère continentale (qui inclut la partie supérieure du manteau), l'asthénosphèreasthénosphère remonte et peut commencer à produire du magma si les conditions thermiques le permettent. C'est ainsi que s'obtiennent des marges continentales magmatiques ou pauvres en magma, en fonction de la capacité du système à extraire le magma du manteau à ce stade.

Des accouchements d’océan plus longs que d’autres

Lorsque l'extension continentale arrive à un point critique, la croûte continentale, amincie à l'extrême, n'aura plus d'autre choix que de rompre. L'histoire peut s'arrêter là dans certains cas, lorsque le manteau lithosphériquelithosphérique a été aminci en même temps, voire avant, la croûte continentale. L'asthénosphère est alors suffisamment haute pour générer d'importants volumesvolumes de magma. Dans ce cas, la rupture de la croûte s'accompagne de la mise en place d'un système magmatique stable et donc de l'initiation d'une dorsale et de l'établissement d'un nouvel océan, entre les deux blocs continentaux récemment séparés.

Dans d'autres cas, il va encore falloir attendre avant de voir une véritable dorsale s'amorcer. En effet, si le manteau lithosphérique continental est trop froid (et donc trop épais), il ne va pas rompre en même temps que la croûte. La remontée asthénosphérique n'est alors pas suffisamment haute pour initier immédiatement un magmatisme actif et stable. L'extension va continuer à s'accommoder par la mise à nu de roches mantelliques non fondues, issues du reste du manteau sous-continental, jusqu'à ce que celui-ci s'épuise. Dans ce type de configuration, la mise en place d'une dorsale océanique est donc différée et suivra la rupture finale du manteau sous-continental. L'accouchementaccouchement est, dans ce cas, un peu plus long !