Carte des principaux points chauds mondiaux. Légende : 1 : Limite de plaque divergente (dorsale), 2 : Limite de plaque transformante, 3 : Limite de plaque de subduction, 4 : Zones de limite diffuse de plaque, 5 : Sélection de principaux points chauds.

Un point chaud (hot spot en anglais) est, en géologie, un endroit à la surface d'une planète qui a une activité volcanique régulière. Actuellement, les connaissances sur les points chauds et les phénomènes internes à leur origine sont encore très incomplètes.

Les points chauds terrestres sont généralement expliqués comme étant la trace en surface de l'expression sous forme de volcanisme, d'endroits relativement fixes les uns par rapport aux autres, du manteau où la température est plus élevée relativement aux autres zones de même profondeur. Les matériaux présents en ces zones se retrouvent moins denses, et l'effet de la poussée d'Archimède provoque la formation d'un diapir mantellique qui remonte sous la forme d'un panache. Ce dernier, s'approchant de la surface de la Terre, commence à fondre par décompression (vers une profondeur de l'ordre de 100 km), générant un magma basaltique qui, dès qu'il est en proportion suffisante, traverse la lithosphère jusqu'à la percer, engendrant la formation de volcans dits de point chaud. La dérive des plaques tectoniques entraînant la lithosphère au-dessus des sources profondes fait que le point chaud crée des alignements volcaniques à la surface terrestre, comme l'archipel des îles Hawaii-Empereur, l'archipel des Marquises, des îles de la Société, etc.

Les raisons pour lesquelles certains endroits du manteau sont plus chauds relativement, sont actuellement incertaines. L'accumulation de matériaux réintroduits au sein du manteau à la faveur des subductions, et potentiellement enrichis en éléments radioactifs (potassium, uranium, thorium) donne une explication cohérente avec la mesure de signatures isotopiques particulières dans leurs matériaux épanchés en surface. L'évacuation de la chaleur du noyau terrestre, que ce soit sa chaleur résiduelle de formation ou la chaleur latente de cristallisation de la graine, voire d'une possible mais improbable chaleur de radioactivité, est un autre moteur invoqué pour l'instabilité de la couche-limite entre le noyau et le manteau, couche-limite dont le subodoré statut de cimetière des plaques subduites depuis la ceinture péri-pacifique depuis en gros 500 Ma, fait un bon candidat pour certains points chauds, comme celui d'Hawaii.

Historique de l'hypothèse

Leur découverte s'est effectuée parallèlement à celle de la tectonique des plaques.

En 1963, Wilson fit le constat que des chaînes volcaniques océaniques pouvaient avoir été « tracées » sur la plaque lithosphérique les supportant par une source magmatique fixe, située sous cette plaque, qui se meut avec le temps.

En 1971, Morgan suggère que cette source fixe sous la plaque est alimentée par un panache chaud montant au travers du manteau.

Depuis la fin des années 1990, d'autres hypothèses émergent qui font de la tectonique des plaques le moteur et du manteau supérieur l'origine des points chauds. Ceux ci sont d'ailleurs plutôt nommés anomalies de fusion dans ces théories.

Description de l'hypothèse

Les points chauds peuvent percer la lithosphère jusqu'à sa partie supérieure, la croûte terrestre. Ils sont causés par des panaches de matériaux chauds qui remontent du manteau profond, ce qui conduit à la création de volcans :

• sous-marins, qui atteignent et dépassent parfois la surface de l'eau en formant des îles telles que Hawaii, la Réunion et l'île Maurice, les Maldives, les Açores, les Galapagos, etc. ;
• continentaux avec des épanchements considérables :
  • les Trapps du Deccan, vers -65 millions d'années ;
  • les Trapps du plateau de la Columbia, dans l'État de Washington, au nord-ouest des États-Unis ;
  • dans le parc de Yellowstone ;
  • en Islande.

Les roches issues de ces points chauds sont des basaltes d'îles océaniques. Leur nature chimique particulière, dans la famille des basaltes, signe une origine différente des basaltes des dorsales océaniques. Les points chauds sont des témoins des déplacements des plaques lithosphériques, car le panache de matériaux chauds qui est à leur origine est, en première approximation, fixe.

On peut ainsi suivre le déplacement de la plaque pacifique, à travers l'alignement des îles Marshall, et l'archipel des îles Empereur, par exemple. Ces archipels sont issus d'un même point chaud qui provoque la naissance d'un volcan. La plaque se déplaçant régulièrement, le volcan finit par s'éteindre et un autre apparaît au-dessus du point chaud. Par la datation des âges des basaltes constituant ces îles, on peut en déduire la vitesse de la plaque. La forme de l'archipel d'Hawaii, aux États-Unis, ou celle des Iles Australes en Polynésie, en chapelet d'îles, montre aussi ce mouvement.

Les points chauds sont responsables d'épanchements de magmas en très grandes quantités, par exemple, les Trapps du Deccan, de Sibérie, d'Éthiopie, ainsi que d'immenses plateaux océaniques (Ontong Java, plateau de Kerguelen, plateau caraïbe, plateau des Malouines/Falklands, etc.). Les matériaux sources des points chauds sont issus de couches limites dans le manteau, notamment celle à la profondeur de 670 km correspondant à la limite manteau inférieur - manteau supérieur, et celle à la limite entre le noyau et le manteau. Outre ceux-ci, l'asthénosphère traversée et la lithosphère locale contribuent pour donner naissance aux magmas produits, ainsi que les tracent les divers éléments chimiques décryptés par la géochimie.

L'activité des points chauds a probablement profondément modifié l'histoire de la Terre. D'une part en modifiant le climat de la planète et d'autre part, on suppose qu'ils peuvent être associés à l'ouverture de certains océans :

• le climat mondial est modifié par les éruptions volcaniques, notamment lorsqu'elles ont une importance telle que celles à l'origine des trapps et des plateaux océaniques. Les effets sont différents selon l'échelle de temps considérée :
  • à l'échelle de l'année voir de la décennie selon l'importance de l'éruption, la projection dans l'atmosphère de particules très fines (cendres) provoque la création d'un voile qui diminue le rayonnement solaire à la surface du globe. Ceci entraine donc une baisse des températures moyennes,
  • à l'échelle du millier voir du million d'années la libération de CO₂ et d'autres gaz à effet de serre dans l'atmosphère qui accompagne les éruptions volcaniques est à l'origine d'une augmentation de celui-ci et donc d'un réchauffement des températures moyennes,
  • à l'échelle de plusieurs millions d'années l'altération des basaltes produits en grande quantité par les éruptions consomme du CO₂. À long terme on observe donc une baisse de l'effet de serre et donc une baisse des températures moyennes à la surface du globe ;
• les point chauds sont suspectés d'intervenir aussi dans le phénomène de rifting actif. La remontée de matériel chaud depuis le manteau profond provoque un amincissement de la lithosphère qui s'accompagne d'un bombement et souvent de tectonique en extension (c'est le cas dans l'Afar par exemple). Cet amincissement de la lithosphère la fragilise et peut conduire à la formation d'une zone de moindre résistance au sein d'une plaque lithosphérique. Selon les contraintes à l'échelle de la plaque on peut alors assister à un déchirement de celle-ci et à l'ouverture d'un nouvel océan. Ce scénario est proposé pour l'ouverture de l'Océan Indien de l'ouest (trapps du Deccan), de l'Atlantique central (Province magmatique centre atlantique) et du sud (province du Parana et point chaud de Tristan da cunha).

Critiques de l'hypothèse point chaud^[1]

L'hypothèse point chaud est intéressante à plus d'un titre :

• elle est simple et explique la plupart des observations,
• les points chauds semblent rester fixes pendant que les plaques se déplacent en tous sens,
• la chimie de leur magma suggère une origine différente du manteau supérieur et de la croûte,
• les panaches apparaissent comme la contrepartie de la subduction des plaques,
• le phénomène est reproductible en laboratoire et par des modèles numériques,
• et l'hypothèse est fructueuse.

C'est même ce dernier point qui a retardé l'apparition d'explications alternatives. L'hypothèse était trop productive pour être abandonnée.

Néanmoins les recherches stimulées par cette hypothèse, tout en confirmant certains points ont mis en évidence que certaines preuves n'en étaient pas :

• la tomographie sismique montre bien ce qui pourrait être des panaches, mais seulement dans le manteau supérieur (ce qui n'est pas décisif, la précision étant en général insuffisante à grande profondeur),
• pour certains points chauds on a pu déterminer que l'anomalie est superficielle (sous les Marquises il peut s'agir d'une anomalie de densité, sous le Yellowstone la zone de transition est froide et non chaude, sous l'Islande l'anomalie semble s'arrêter à 400 km de profondeur seulement),
• les anomalies de température et de fluidité et les anomalies chimiques entrent dans la variabilité normale du manteau supérieur.

Carte et liste des points chauds

Carte bathymétrique du monde, indiquant la localisation de 45 points chauds, identifiés par un point rouge et un numéro.

La liste suivante recense les points chauds ; le nombre éventuel entre parenthèses fait référence au numéro du point chaud sur la carte ci-contre.

• Açores (1)
  • 37° 54′ N 26° 00′ W / 37.9, -26.0 (Azores hotspot)
• Afar
• Amsterdam
• Anahim (45)
• Île de l'Ascension
• Australie orientale (30)
• Îles Balleny (2)
• Bermuda
• Bouvet
• Bowie (3)
• Cameroun (17)
• Canaries (18)
• Cap-Vert (19)
• Caroline (4)
• Cobb (5)
• Comores (21)
• Crozet
• Darfour (6)
• Discovery
• Île de Pâques (7)
• Eifel (8)
  • 50° 12′ N 6° 42′ E / 50.2, 6.7 (Eifel hotspot)
• Fernando (9)
• Galápagos (10)
• Gough
• Guadelupe (11)
• Hawaï (12)
• Heard
• Hoggar (13)
• Islande (14)
  • 64° 24′ N 17° 18′ W / 64.4, -17.3 (Iceland hotspot)
• Jan Mayen (15)
  • 71° N 9° W / 71, -9 (Jan Mayen)
• Juan Fernandez (16)
• Kerguelen (20)
• Lord Howe (22)
• Louisvile (23)
• Macdonald (24)
• Marion (25)
• Marquesas (26)
• Meteor (27)
• Nouvelle-Angleterre (28)
• Pitcairn (31)
• Raton (32)
• Réunion (33)
• Sainte-Hélène (34)
• Saint-Paul
• Samoa (35)
• San Felix (36)
• Shona
• Société (Tahiti) (38)
• Socorro (37)
• Tasmanie (39)
• Tibesti (40)
• Trindade (41)
• Tristan (42)
• Vema (43)
• Yellowstone (44)

Annexes

Références

Bibliographie

• Géodynamique, ed. Dunod, L. Jolivet - HC Nataf (1998)

Liens externes

• Volcanisme de l'Océan Pacifique Sud par Alain Bonneville sur le site de l'Institut de Physique du Globe
• Do plumes exist ? Discussing the origin of "hotspot" volcanism (en anglais)

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