Quand des chercheurs de Clermont-Ferrand tentent de percer les mystères de la tectonique des plaques

Dans une étude pilotée par 2 chercheur de l’Université Clermont Auvergne, parue le 1er février, une équipe s’est penchée sur les mécanismes de la tectonique des plaques moderne. Pour eux, une couche de liquide carbonaté pourrait permettre les mouvements entre lithosphère et asthénosphère.

Depuis 2013, une équipe pilotée par 2 chercheurs de l’UCA étudie l’impact du carbone sur le mouvement des plaques terrestres. Dans une brève parue le 1er février intitulée : «  Une couche carbonatée sous les océans à l’origine de la tectonique des plaques moderne ? », ils partagent leurs conclusions. Dans cette étude, les chercheurs abordent la manière dont le carbone, un élément très important dans le volcanisme, replonge dans le manteau terrestre : « C’est ce qu’on appelle la subduction. C’est quand les plaques océaniques rencontrent une marge et plongent en dessous. Ce qui est porté par cette plaque peut aussi plonger sous le manteau et participer à toute une série de réactions », explique Tahar Hammouda, chercheur ayant mené l’étude. Spécialiste dans ce cycle profond du carbone, il a réalisé une série d’expériences avec son équipe pour comprendre le détail des mécanismes du transfert du carbone depuis la surface vers les profondeurs. « Quand on a fait ces expériences, on s’est aperçu que la libération du carbone se fait en 2 étapes : le carbone de la surface est porté par des minéraux, des carbonates. Des réactions dues à l’échauffement vont libérer du CO² sous forme de fluide, qui a la propriété de rester piégé entre les grains des roches du manteau, il ne peut pas se déplacer. Quand le manteau bouge, il y a un couplage avec la plaque qui plonge sous le manteau », détaille Tahar Hammouda. Il explique ce phènomène dans un schéma :

Des liquides carbonatés permettant le mouvement des plaques

A cause de la pression et de la haute température, près de 1 200°C, le CO² va provoquer de la fusion : un liquide magmatique très riche en CO² va se former, appelé liquide carbonaté. Ce type de magma, pour les volcanologues, s’appelle carbonatite et a la propriété de s’infiltrer en imprégnant les zones où il n’y a pas de liquide présent. La plaque, en plongeant, permet une alimentation en carbone soutenue. Proche de la surface, le carbone est présent sous forme de CO² et ne peut pas s’infiltrer. Plus bas, il est transformé en graphite qui est immobile. Entre les deux, il existerait donc une région où le carbone est mobile, une frontière entre CO² et graphite : « Notre proposition, c’est que toute cette zone-là est imprégnée par ces carbonates fondus, ce qui extrêmement intéressant parce que c’est une frontière que l’on voit par des méthodes sismiques. Cette frontière correspond à la limite entre lithosphère et asthénosphère et c’est dessus que les plaques se déplacent. Pour que les plaques bougent, il faut une région lubrifiée. Nous, notre proposition, c’est que cette lubrification soit faite par des liquides carbonatés », précise Tahar Hammouda.

Des implications en volcanologie

Cette recherche a été faite sous l’égide du Laboratoire Magma et Volcans (Université Clermont Auvergne/CNRS/IRD). « La tectonique des plaques moderne n’a pas toujours existé. Elle est caractérisée par le fait que les plaques se déplacent horizontalement. Au tout début de l’histoire de la Terre, les mouvements étaient verticaux. On suggère que ce passage soit lié au fait que les sédiments carbonatés présents en surface commencent à être incorporés dans le manteau et donc vont aider cette transition. Les sédiments carbonatés pourraient avoir un effet sur la stabilisation », affirme Tahar Hammouda. Si les conclusions de l’étude se révèlent exactes, elles pourraient avoir une influence sur la gestion des éruptions volcaniques. En effet, le CO² présent dans les laves a un potentiel d’explosivité assez important : « Si on arrive à bien comprendre l’implication du CO² dans le volcanisme, ça peut permettre de réfléchir plus précisément aux conséquences d’une éruption, au niveau de l’explosivité mais aussi des émanations, c’est important par rapport aux populations », explique Tahar Hammouda. Cette étude pourrait également influencer sur la compréhension du mécanisme de refroidissement de la Terre par exemple.