- Ressources et Environnement
Introduction
Imaginez marcher sur un morceau d’océan… sans eau. C’est ce que permet le massif ophiolitique d’Oman, vestige d’une dorsale océanique – ces zones où la croûte terrestre se crée en continu, alimentée par le magma venu des profondeurs. Quand on se promène dans ces montagnes sombres, on foule littéralement le manteau terrestre, un paysage d’un autre monde
, relate David Jousselin, expert Unys, enseignant-chercheur UL et géologue au CRPG (CNRS – Université de Lorraine). Ce site unique offre dix kilomètres d’épaisseur de manteau à ciel ouvert, une occasion rare d’observer ce qui se passe sous les océans… sans plonger à 3 000 m de profondeur.
L’enjeu ? Comprendre comment le magma, né de la fusion partielle des roches du manteau, parvient à remonter jusqu’à la surface pour former la croûte océanique. Car si ce manteau s’écoule lentement comme une pâte chaude, il reste solide : seules de fines veines de liquide le parcourent. Reste à savoir par où et à quelle vitesse ces liquides circulent.
Trois types de dunite, trois histoires de magma
En combinant cartographie de terrain et géochimie isotopique, l’équipe de David Jousselin a distingué trois types de roches témoins — les dunites — formées par la réaction du magma avec le manteau environnant. Ces dunites, plus claires que les péridotites sombres qui les entourent, marquent les anciens chemins du magma. Leur position dans la colonne mantellique raconte le parcours du liquide.
Les dunites les plus spectaculaires forment de larges lentilles, mais elles sont restreintes à la base de l’ophiolite et ne traversent pas le manteau.
Les dunites discontinues traversent tout le manteau sous forme de fines veines : elles témoignent d’une circulation limitée dans la roche mantellique solide.
Enfin, celles de la zone de transition du Moho, juste sous la croûte, forment un véritable niveau horizontal pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres d’épaisseur : le lieu où les magmas s’accumulent avant d’alimenter la croûte sus-jacente et les volcans sous-marins.
C’est en analysant les isotopes de l’osmium, un élément précieux pour tracer le mouvement des liquides, que les chercheurs ont pu suivre la “signature” chimique du magma dans chacune de ces zones.
©David Jousselin
Un message dans l’osmium
L’osmium est un élément compatible : il est fortement présent dans la roche solide, et peu présent dans le liquide, explique le chercheur. Il a aussi plusieurs isotopes qui lui donnent différentes compositions. Vu la faible quantité d’osmium dans le liquide, il suffit de très peu de contact avec le solide pour que sa composition devienne la même que celle de l’osmium contenu dans le solide. Tout comme il suffit de peu de grenadine pour aromatiser un faible volume d’eau.
En d’autres termes, la composition isotopique de l’osmium agit comme un chronomètre : plus le liquide prend son temps, plus il se “contamine” au contact du manteau.
Or, les mesures réalisées dans les dunites d’Oman révèlent un fait spectaculaire : dans la zone juste sous la croûte, la composition de l’osmium est presque celle du liquide d’origine, non altérée par le contact avec le manteau. Cela n’est possible que si le magma a migré très rapidement et de manière isolée, sans se mélanger à la roche solide. Nos données montrent que ces magmas ont pu se déplacer jusqu’à un kilomètre par jour !, s’enthousiasme David Jousselin. C’est 35 000 fois plus rapide que ce que prévoyaient les modèles classiques !
Le mythe de la percolation lente
Jusqu’ici, la plupart des modèles décrivaient la remontée du magma comme une percolation lente, comparable à l’eau qui s’infiltre dans du sable. Dans ces scénarios, la fusion circulerait comme dans une “roche poreuse” à raison de quelques mètres par an. Mais le manteau n’est pas une éponge : ses grains sont soudés, sans espace pour que le liquide circule aisément. Les nouvelles données d’Oman renversent donc cette vision : le magma se déplacerait dans des filons étroits, comparables à de minuscules fractures, une migration rapide et localisée, plus proche d’une circulation de fluide sous pression que d’un suintement.
Les isotopes de l’osmium le confirment : dans les parties profondes, la composition reste “mantellique”, signe d’un faible contact avec le liquide ; en revanche, les dunites du sommet ont une composition proche de celle du magma, preuve d’un flux intense et rapide.
Une “fenêtre” sur le moteur de la Terre
Ces travaux éclairent bien plus que le seul cas d’Oman. Ils permettent de mieux comprendre le moteur thermique de la planète, cette dynamique interne qui renouvelle la croûte et alimente les volcans des dorsales océaniques. Les chercheurs ont ainsi pu relier leurs observations à des études géophysiques menées sur la dorsale du Pacifique Est, où David Jousselin avait déjà participé à la mission UNDERSHOOT publiée dans Nature en 2007. Cette mission montrait, grâce à la sismique, une alimentation magmatique du manteau segmentée, avec des concentrations de liquide de fusion présentes juste sous le Moho. Les analogies entre ces observations sous-marines et les structures fossilisées d’Oman confirment la cohérence du modèle.
©David Jousselin
Du fond des océans aux montagnes d’Oman
En comparant les données de terrain, les analyses isotopiques et les images sismiques, l’équipe a mis en évidence un scénario global :
- Les magmas se forment à plusieurs dizaines de kilomètres de profondeur ;
- Ils remontent à grande vitesse dans le manteau par des conduits étroits ;
- Puis ils s’accumulent sous la croûte dans la zone dite du Moho transition zone, avant d’alimenter les volcans des dorsales.
Cette compréhension fine de la « plomberie magmatique » éclaire la manière dont se construit le plancher océanique et aide à interpréter la dynamique des zones volcaniques sous-marines. Mais pourquoi chercher à anticiper ces phénomènes ? Les régions où le magma circule et s’accumule en profondeur sont aussi celles où se produisent les séismes et les éruptions sous-marines. Les travaux de David Jousselin ne visent pas directement l’évaluation des risques pour les populations, mais ils apportent des éléments fondamentaux pour comprendre où l’activité interne de la Terre est la plus intense. A long terme, ces recherches ouvrent des perspectives sur la physique des fluides soumis à de fortes pressions, comme dans les profondeurs du manteau. En travaillant sur la structure du manteau, il est aussi possible qu’on comprenne mieux celle de l’ophiolite, dont l’altération actuelle avec l’eau produit des réactions chimiques qui piègent du CO2 dans les roches, et libère de l’hydrogène sans consommer aucune énergie, sans qu’on sache quels chemins empruntent ces fluides.
David et Laurie – ©David Jousselin
Une aventure humaine et scientifique
Pour David Jousselin, cette recherche est aussi une aventure de terrain. Marcher sur ces montagnes, c’est comme traverser un ancien fond marin pétrifié. On y lit, couche après couche, les mouvements du manteau.
Le chercheur parle avec passion de ce “laboratoire naturel” où la géologie, la chimie et la géophysique dialoguent. L’approche pluridisciplinaire a tout changé. En reliant la carte, la structure et la géochimie, on a vu ce que personne n’avait vu : chaque dunite raconte un épisode différent du voyage du magma.
Une ouverture vers le futur
Ces découvertes, publiées dans Earth and Planetary Science Letters en 2021, ne clôturent pas le débat : elles en ouvrent un nouveau sur la dynamique du manteau et la vitesse réelle des transferts de chaleur à l’intérieur de la Terre. Elles invitent aussi à reconsidérer les modèles de formation des croûtes océaniques et les échanges chimiques entre le manteau et la surface.
Et, au-delà de la science, elles rappellent qu’à Oman, les montagnes que l’on contemple aujourd’hui étaient autrefois le plancher d’un océan, un souvenir minéral du cœur brûlant de la Terre.