L’origine des îlots de St. Pierre et St. Paul dans l’Atlantique équatorial mise en lumière

Lundi, 29 août 2016

Une équipe internationale comprenant des chercheurs français du laboratoire Domaines océaniques (LDO/IUEM, CNRS / UBO), du laboratoire Géosciences environnement Toulouse (GET/OMP, UPS / IRD / CNRS / CNES), de l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP / CNRS / Université Paris Diderot / Université La Réunion) et du Laboratoire cycles géochimiques et ressources (Ifremer), a réussi à expliquer le processus de genèse des îlots de St Pierre et St Paul situés dans l’Atlantique équatorial, à environ mille kilomètres des côtes de l’Amérique du Sud. Depuis plus d’un siècle, ces îlots d'origine non volcanique intriguaient les géologues.

La grande majorité des îles et îlots océaniques est issue du volcanisme ; seule une petite partie est liée à des processus tectoniques, encore relativement peu étudiés. Lorsque Charles Darwin s’est arrêté aux îlots de St. Pierre et St. Paul en 1832, pendant son tour du monde à bord du HMS Beagle, il comprit que les roches présentes n’étaient pas de nature volcanique. Il a alors émis, et consigné dans son journal de bord, l’hypothèse selon laquelle ce petit archipel composé de quelques rochers ne serait pas d’origine volcanique. Pour autant, il n’a pu fournir d’explication au sujet de leur formation et cette question est restée depuis lors sans réponse claire.
Les chercheurs savent aujourd’hui que ces îlots sont constitués de roches du manteau terrestre, les péridotites. Ces roches se trouvent le plus souvent sous une couche de roches magmatiques d’environ 6 km d’épaisseur au fond des océans. Néanmoins, à cet endroit, elles affleurent au-dessus de la mer, soit à 4000 m au-dessus des fonds marins environnants. Les roches du manteau ont donc été soulevées de plusieurs kilomètres pour atteindre leur emplacement actuel.

Lors de la campagne océanographique COLMEIA sur le navire français L’Atalante en 2013, les chercheurs ont cartographié et échantillonné une vaste étendue du plancher océanique autour de ces îlots.
Les cartes bathymétriques obtenues montrent que ces îlots sont la partie émergée d’une grande ride topographique s’étendant sur plus de 200 km de long et 30 km de large. Cette ride sous-marine, nommée ride Atobá (du nom d’un oiseau marin très présent à St. Pierre et St. Paul) s'est formée le long d'une faille transformante à la limite entre les plaques sud-américaine et africaine et elle relie deux segments de la dorsale médio-atlantique, où se forme la lithosphère océanique. Des inflexions et décalages dans le tracé de la faille ont entraîné localement de la compression et le soulèvement d’une vaste portion du plancher, avec exhumation du manteau le long de la faille. Les roches des îlots et de la ride sont d’ailleurs très déformées, témoignant des contraintes tectoniques à la fois compressives et tangentielles subies. La structure de la lithosphère océanique est complexe. Les images obtenues à partir de la gravimétrie et de la sismique montrent des portions de manteau soulevées et peu altérées, formant le cœur de la ride Atobá, et des portions altérées, probablement par la mylonitisation et la serpentinisation, formant la portion principale de la ride. Des failles inverses ont été observées dans la bordure sud de la ride Atobá, témoignant de la compression à l’origine du relief.

En haut, bathymétrie globale de l’Atlantique équatorial montrant la localisation de la faille transformante nord du système de St. Paul.
Au centre, bathymétrie multifaisceau acquise lors de campagnes océanographiques, montrant le détail de la faille transformante et la topographie de la ride Atobá. L’étoile noire indique la position des îlots de St. Pierre et St. Paul et le trait noir vertical la localisation du profil sismique (en bas à gauche) qui a permis d’imager les failles inverses sur le flanc sud de la ride.
En bas à droite, schéma du modèle évolutif.

Le modèle proposé par les chercheurs pour expliquer les inflexions et décalages dans le tracé de la faille transformante révèle que la clé permettant de comprendre la formation de la ride Atobá est la nature du manteau sous la lithosphère de l’Atlantique équatorial. Cette faille transformante est la limite nord du système transformant de St. Paul, composé de quatre failles transformantes qui décalent l’axe de la dorsale médio-atlantique d’environ 600 km. À l’intérieur de ce système complexe, l’axe de la dorsale est segmenté en trois très petits segments dits intra-transformants. La composition chimique des roches échantillonnées, la structure de la lithosphère et la morphologie du plancher océanique suggèrent que la composition chimique du manteau sous-jacent change entre le nord et le sud du système transformant de St. Paul. Le manteau est plus fertile au nord, capable de fondre et de produire plus de volcanisme au niveau de l’axe de la dorsale, qu'au sud où la lithosphère est plus froide. Un changement dans le mouvement relatif entre les plaques sud-américaine et africaine, intervenu il y a environ onze millions d’années, a déclenché un processus extensif le long de la frontière cisaillante, formant une première topographie flexurale, également observée le long d’autres failles transformantes. Ce qui est unique à St Paul, c'est la manière avec laquelle la géométrie de la frontière des plaques a réagi au changement de mouvement relatif. L’axe de la dorsale médio-atlantique au nord de la faille transformante s’est allongé vers le sud alors que celui du segment au sud de la transformante est resté stable. Ceci est lié à la nature fertile du manteau sous-jacent et a induit une déformation au niveau de la transformante, dont la partie ouest s’est décalée progressivement vers le sud afin d’accommoder l’allongement de l’axe nord de la dorsale. Il en résulte des inflexions et décalages dans le tracé de la faille et des contraintes compressives qui, associées aux contraintes cisaillantes de la faille transformante, ont produit la transpression responsable de l’exhumation du manteau, du soulèvement de la ride Atobá et des failles inverses associées.

Note(s): 
  1. Les organismes étrangers impliqués dans cette collaboration sont les suivants : Universidade Federal Fluminense (Brésil), Università di Modena e Reggio Emilia (Italie), CNR (Italie), Universidade Federal do Rio Grande do Norte (Brésil), Universidade do Estado do Rio de Janeiro (Brésil), Universidade de Sao Paulo (Brésil) et Brazilian Geological Survey (Brésil).
Source(s): 

Maia, M., Sichel, S., Briais, A., Brunelli, D., Ligi, M., Ferreira, N., Campos, T., Mougel, B., Brehme, I., Hémond, C., Motoki, A., Moura, D., Scalabrin, C., Pessanha, I., Alves, E., Ayres, A. and Oliveira, P. Extreme mantle uplift and exhumation along a transpressive transform fault. Nature Geoscience, 9, 619-623, 2016. Published online: 11 July 2016 | DOI: 10.1038/NGEO2759

Contact(s):
  • Marcia Maïa, LDO/IUEM
    Marcia [dot] Maia [at] univ-brest [dot] fr, 02 98 49 87 19

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