Le rôle des dorsales océaniques dans l'évacuation de la chaleur interne de la Terre

Les fonds marins de la Terre sont parcourus par de longues fissures appelées dorsales permettant la dissipation d'une partie de la chaleur de la Terre. Les chercheurs d 'Ifremer s'intéressent à ces dorsales car elles représentent un endroit exceptionnel où l'activité du manteau de la Terre peut être observée. Une des principales activités est l 'hydrothermalisme. Ainsi d'importants moyens sont mis en œuvre pour étudier ce phénomène. Les élèves de l'Harteloire ont pu accéder à certains des appareils utilisés dans le cadre de ces recherches.

C'est la dissipation de la chaleur du manteau sous forme d'eau chaude sortant de la croûte océanique par des cheminées (appelées fumeurs), se trouvant dans les dorsales (la puissance ainsi dégagée est équivalente à la puissance d'une centrale nucléaire). Cette eau a deux provenances :

Avant de sortir des fumeurs, les éléments métalliques dissous dans cette eau après son passage dans les roches (exemples : Fer, Strontium, Cuivre, Plomb, Baryum, Calcium,...), vont se précipiter. L'étude de ces éléments permet de déterminer la provenance de l'eau des fumeurs.

Exemple de fumeurs noirs :

a) Le spectromètre de masse permet de connaître l'origine des éléments contenus dans les eaux hydrothermales :

C'est de cet appareil dont se servent les chercheurs de l'Ifremer pour étudier la provenance des éléments contenus dans l'eau des fumeurs. Ils calculent le rapport entre deux isotopes d'un même élément (exemple : Strontium 87/Strontium 86 ) et, comme ce rapport est différent pour les eaux de mer et pour les roches volcaniques, ils peuvent en trouver l'origine. La connaissance de ce rapport dans les cheminées permet de connaître la proportion de Sr provenant de l'eau de mer et du basalte. Le spectromètre de masse est utilisé pour séparer les isotopes, grâce à différents champs magnétiques.

Exemple de spectromètre de masse :

b. Recherche des éléments déposés à l'aide de la Microsonde électronique :

La Microsonde électronique est un appareil qui sert à analyser des échantillons de matière grâce à un bombardement d'électrons. La matière dégage, à la suite d'un tel bombardement, un rayonnement X qui est analysé et qui donne des renseignements sur la nature des éléments chimiques contenus dans l'échantillon. Cet instrument se révèle particulièrement pratique parce qu'il ne détruit pas la matière pendant l'analyse.

La microsonde X :

c. La Chromatographie en phase gazeuse permet de connaître la composition des fluides rejetés :

C'est une technique qui consiste en l'analyse de la vitesse de migration des gaz contenus dans un échantillon. Ce qui sert à déterminer la composition des fluides dégagés par les fumeurs des fonds marins. Si l'échantillon est sous forme liquide, on le chauffe de façon à avoir de la vapeur. C'est un procédé qui est utile dans les analyses pétrochimiques, pharmaceutiques,...

d. connaître la composition des roches par la Fluorescence X :

Elle sert à analyser un échantillon pour déterminer la nature de la matière analysée tout comme la Microsonde X, mais elle s'effectue sur un échantillon plus grand que celui de la Microsonde : elle travaille sur des nm³ (nanomètres cube, 10^-9 mètres) tandis que la fluorescence X peut se faire sur plusieurs centimètres.

e. Le microscope à balayage :

Le microscope à balayage sert à observer à très fort grossissement toutes sortes d'échantillons, mais particulièrement de petits animaux prélevés sur les sites hydrothermaux. Cela permet de déceler de nouvelles espèces. Par traitement d'images, on découvre des différences sur ces animaux que l'on ne voit pas à l'œil nu.

Il a été remarqué que le milieu proche des dorsales n'est pas approvisionné en lumière, donc la production de matière organique ne se fait pas par photosynthèse. Or, on a observé la présence de vie dans ce même milieu. Où en sont les recherches à propos de ce problème biologique ?

Les dorsales constituent une des limites de séparation des plaques océaniques, caractérisée par un relief élevé atteignant parfois la surface comme en Islande ou dans l'Est Africain, et par de nombreux séismes superficiels mais sans séismes profonds. C'est à cet endroit qu'a lieu l'hydrothermalisme ainsi qu'une activité volcanique sous-marine caractérisée par des épanchements de lave formant des "pillows-lavas". Mises les unes à la suite des autres, elles ont une longueur d'environ 60000 kilomètres. Leur activité est plus de 50 fois supérieure à l'activité volcanique terrestre.

Carte présentant les fonds marins du Pacifique :

 Cette carte de Pierre-André BOURQUE est extraite du site "Planète Terre" qui présente les bases de la géologie moderne.

http://www.ggl.ulaval.ca/planete-terre.html

Dans les dorsales se manifestent un certain nombre d'activités : volcaniques, sismiques, la tectonique hydrothermale... Tous ces phénomènes sont liés les uns aux autres. En effet, le volcanisme sous-marin est dû aux mouvements des plaques. Les contacts entre celles-ci ont en effet lieu au niveau des dorsales et des zones de subduction. C'est également au niveau des dorsales qu'a lieu la formation de la nouvelle croûte terrestre. Il s'y forme de 1 à 18 cm de croûte par an et par dorsale.

Pour étudier ces activités, il est nécessaire de cartographier le relief et les formations géologiques composant ces dorsales. Pour cela les chercheurs disposent de nombreux moyens, à différentes échelles dont l'étude :

Schéma d'une dorsale :

1 : (en rose) eau infiltrée dans la croûte et qui ressort par les fumeurs.

2 : chaleur du magma réchauffant l'eau contenue dans le manteau ou infiltrée

3 : panache des fluides émis par les fumeurs (manganèse, méthane, hélium ...) permettant de les repérer