Comment le point chaud d’Hawaii fonctionne-t-il ?

Un modèle est proposé pour mieux comprendre, à partir d’une étude multidisciplinaire, le fonctionnement du point chaud des Iles Hawaii. Il met en avant un scénario cohérent impliquant la fusion préférentielle de filaments particuliers du manteau terrestre et permettant de comprendre les relations entre la composition des séries magmatiques et les hétérogénéités isotopiques observées, ainsi que les principales caractéristiques géophysiques de l’archipel.

Le point chaud d’Hawaii est l’un plus connus et des plus étudiés. Il est responsable, depuis environ 42 millions d’années, de la création de l’archipel du même nom. Il a été le sujet d’un très grand nombre d’études qui ont permis des avancées notables de notre connaissance générale de son origine et de son évolution. Par contre, aucune de ces études n’a pu proposer un scénario complet et cohérent permettant d’expliquer l’évolution des compositions des magmas éruptés pendant la vie d’un même volcan.

Une équipe de scientifiques du GET assistée de collègues de l’Université du Québec à Chicoutimi et de l’Observatoire du Piton de la Fournaise s’est penchée sur la question. Ils ont entrepris une étude basée sur une analyse bibliographique extrêmement complète des données et résultats d’études antérieures avec une approche multi-disciplinaire. Ils ont de plus appliqué un modèle numérique de compaction-obstruction-circulation du manteau terrestre et des magmas formés en son sein.

Éruption volcanique à Hawaii © Michel Grégoire

L’étude relie l’ensemble magmas primaires à la fusion partielle entre 5 et 8 GPa de deux types de long filaments verticaux d’épaisseur variant de quelques km à plusieurs dizaines de km remontant au sein du point chaud d’Hawaii depuis l’interface noyau-manteau jusqu’à la base de la lithosphère. Ces filaments sont constitués de manteau de type résiduel riche en sédiments recyclés au cours de subductions, ou bien de manteau de type fertile très ancien résultant de la différentiation initiale de la Terre. Une des caractéristiques essentielles de ces filaments mantelliques est d’être riche en H2O et CO2, ce qui leur permet de fondre partiellement, voire totalement, sous la lithosphère, les magmas ainsi formés s’accumulant sous cette dernière. A l’axe de la plume, ils ont une composition de tholéiite-picrite pour le filament avec une composition de manteau fertile et de meimechite pour celui qui a une composition de manteau résiduel recyclé. En bordure du point chaud les magmas produit ont une composition proche de carbonatite ou de kimberlite.

Tous ces magmas primitifs sont injectés vers le haut sous forme de filons dont la majorité va venir se décharger dans un réservoir magmatique situé entre 70 et 40 km de profondeur dans la lithosphère, où une partie d’entre eux va interagir avec l’encaissant. Une plus faible partie des filons évitent ce réservoir et vont directement être injecté à l’interface croute-manteau, voire dans la croute océanique elle-même. Ce modèle permet de proposer un scénario cohérent permettant de comprendre les relations entre la composition des séries magmatiques d’Hawaii et les hétérogénéités isotopiques observées, ainsi que les principales caractéristiques géophysiques de l’archipel.

Contact GET: Michel Grégoire (DR CNRS GET)

Lien vers l’actualité de l’INSU

Sources :

Azam Soltanmohammadi, Michel Grégoire, Fabrice J Fontaine, L Paul Bédard, Marc Blanchard, Michel Rabinowicz
Melt percolation, concentration and dyking in the Hawaiian mantle plume and overriding lithosphere: links to the evolution of lava composition along the volcanic chain
Journal of Petrology, egab101, https://doi.org/10.1093/petrology/egab101

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