Depuis la découverte des dorsales médio-océaniques dans les années 1950 et l'établissement progressif de la théorie de la tectonique des plaques, la formation de la croûte océanique était vue comme un processus purement magmatique : l'extension qui écarte les deux plaques tectoniques génère une remontée de manteau asthénosphérique qui, par décompression, fond et produit du magma. En cristallisant à différentes profondeurs, celui-ci va ainsi donner naissance à une nouvelle croûte océanique composée de matériel mafique (basaltes, gabbros, complexe filonien) d'une épaisseur typique de six à sept kilomètres.

Mais dans les années 1980, la multiplication des études de la croûte océanique, notamment par imagerie sismique, révèle un schéma bien plus complexe. Sur la dorsale médio-Atlantique notamment, on observe par endroits une croûte bien plus fine que prévu, de trois kilomètres d'épaisseur seulement. Pour comprendre sa composition et sa formation, des dragages vont être réalisés. Et là, surprise : les roches remontées ne sont pas des basaltes et des gabbros comme attendu, mais des péridotites. Autrement dit, des roches du manteau !

Dans les années 1980, on découvre que la croûte océanique n'est pas uniforme et ne correspond pas forcément au modèle « classique » d'origine magmatique (à gauche). Il existe des zones où des roches du manteau affleurent directement sur le fond océanique (à droite). © Plateforme Eduterre de l’ENS Lyon

Du manteau qui affleure au fond de l’océan

La question qui se pose alors est : comment ces roches ont pu arriver à la surface de la croûte océanique ? Ce dilemme va motiver de nombreuses études et notamment des observations directes du fond océanique grâce à des submersibles. On découvre alors que les zones de croûte anormalement fines correspondent à de gigantesques dômes, où roches mafiques et ultra-mafiques (du manteau) sont présentes en proportions variables. Leur surface régulière contraste fortement avec le reste du plancher océanique « classique » bien plus rugueux.

Or, les géologues connaissent bien ce type de formation dans les continents, notamment dans le Basin and Range américain. On les appelle les « core complexes ». Il s'agit de structures en dôme, formées par le jeu de grandes failles extensives particulières qui permettent d'exhumer des roches profondes de la croûte. Les core complexes continentaux sont donc d'origine tectonique. Et s'il en était de même avec les core complexes océaniques ?

Une révolution en sciences de la Terre

Les études menées dans les années 2000 vont ainsi démontrer définitivement que la surface de ces dômes au fond de l'océan correspond bien au plan d'une faille. L'image sonar publiée en 2009 constitue l'une des illustrations les plus marquantes de cette révolution.

Image d'un core complexe océanique constituée par imagerie sonar en 2009, sur la dorsale médio-océanique. © MacLeod et al. 2009, Earth and Planetary Science Letters

Pour la première fois, la surface d'un core complexe océanique apparaît avec une telle précision, révélant la géométrie caractéristique de la faille de détachement qui a exhumé les roches profondes. Ces résultats vont permettre de proposer un nouveau modèle d'accrétion océanique, dans lequel le magmatisme n'est plus forcément le processus dominant. Il s'agit d'une évolution conceptuelle forte, qui a profondément modifié notre compréhension du fonctionnement des dorsales.

Schéma montrant la formation des core complexes océaniques (à gauche), au niveau d’une dorsale lente, par le biais d’une faille de détachement. À droite, la croûte est d'origine magmatique. © Marco Maffione, article paru dans la revue Scientific Reports, Licence CC-by-NC-ND 3.0

Au-delà de son importance pour la tectonique des plaques, la découverte de processus d'exhumation du manteau sur le fond océanique a bien d'autres implications, notamment sur notre compréhension des échanges chimiques entre la lithosphère et l'océan.

On considère aujourd'hui que ces processus jouent ainsi un rôle fondamental dans les cycles du carbone, de l'hydrogène, du soufre et de plusieurs métaux. Ils pourraient même avoir été déterminants dans l'apparition de la vie sur Terre, et constituent aujourd'hui des analogues privilégiés pour rechercher des environnements habitables sur d'autres mondes océaniques.