La limite lithosphère-asthénosphère découverte en position intracrustale au toit d’un large réservoir magmatique sous le volcan Axial dans le Pacifique Est
Une équipe de chercheurs américains et de l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP) ont imagé, dans le Pacifique Est, la portion superficielle intracrustale de la limite lithosphère-asthénosphère, celle-ci formant le toit d’un large réservoir magmatique. Leurs travaux, publiés dans la revue Nature le 23 avril 2025, ouvrent de nouvelles perspectives pour comprendre les réservoirs magmatiques intracrustaux, la « plomberie » magmatique des volcans et les éruptions volcaniques.
Navire de recherche américain Marcus G. Langseth - Bureau des opérations maritimes, Lamont-Doherty Earth Observatory
Date de publication : 14/05/2025
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La limite lithosphère-asthénosphère (« lithosphere-asthenosphere boundary » ou LAB en anglais) est un agent fondamental de la tectonique des plaques. Ainsi, la lithosphère fragile flotte sur l’asthénosphère ductile et mobile, permettant le déplacement des plaques à la surface du globe, en particulier leur écartement le long des dorsales médio-océaniques. Au voisinage des dorsales, la nature de cette limite en base de plaque est demeurée peu connue jusqu’à ce jour, exception faite de l’axe d’accrétion proprement dit où une lentille magmatique étroite de 1-2 km de large (« axial magma lens » ou AML en anglais) a été observée sous les dorsales à taux d’ouverture intermédiaire à rapide, et sépare la croûte supérieure cassante d’une zone de « bouillie cristalline » dans la croûte inférieure. Grâce à la mise en œuvre d’une imagerie par sismique réflexion tridimensionnelle (3D) réalisée au niveau d’un gros volcan sous-marin de dorsale, l’équipe scientifique a imagé cette limite à l’intérieur de la croûte océanique nouvellement créée, de manière continue entre 1,2 km et 6 km de profondeur sous le plancher océanique.
Le jeu de données de sismique réflexion 3D a été acquis en 2019 sur le site du volcan Axial (Pacifique Est) à bord du navire Marcus Langseth, spécialisé dans les acquisitions sismiques marines (Fig. 1). Il s’agit d’un volcan mis en place à l’intersection de la dorsale à taux intermédiaire Juan de Fuca et du point chaud de Cobb-Eickelberg. Le volcan axial présente une morphologie aplatie avec un sommet entaillé par une caldeira en forme de fer à cheval de 8 km de long par 3 km de large, à 1,4 km sous la surface de la mer. Il comporte plusieurs champs hydrothermaux et a connu trois éruptions dans les dernières décennies, en 1998, 2011 et 2015. Au cours de l’expédition de 2019, le Langseth était équipé de quatre flûtes sismiques de 6 km de long espacées de 150 mètres, et de deux sources d’ondes acoustiques espacées de 75 mètres, permettant d’étudier une tranche de la sub-surface de 300 m de large à chaque passage du navire. La zone couverte s’étend sur 40 km par 16 km, tandis que les images formées renseignent jusqu’à une profondeur de 6 km environ sous le fond marin.
Le volume traité de sismique réflexion 3D image la partie la plus superficielle de la LAB (coïncidant avec la lentille magmatique axiale AML), ainsi que d’autres sills magmatiques plus profonds et des réflexions au niveau des flancs du réservoir, et ce sur une zone d’environ 25 km de long par 5 km de large et jusqu’à une profondeur de 6 km environ sous le fond marin. Ainsi, la LAB forme le toit d’un large réservoir magmatique dans la croûte sous le volcan, prenant la forme d’une série de dômes allongés à différentes profondeurs, légèrement décalés les uns par rapport aux autres. Les sills magmatiques en profondeur sont circonscrits par la structure en dôme de la LAB et des sills tronqués sont fréquemment observés à son contact. Cela suggère que la LAB représente un lieu de migration des liquides magmatiques, qui remontent jusqu’au point le plus topographiquement élevé de cette surface, où s’initient ensuite les éruptions (Fig. 2). La circulation hydrothermale se trouve de plus revigorée par l’apport de magma « frais » provenant de la partie profonde du réservoir. Enfin, la LAB est aussi le site de processus d’assimilation de la croûte supérieure, contrôlés par les variations de profondeur du réservoir magmatique (selon que le système est comme à l’actuel dans une phase fortement magmatique, ou non), avec pour conséquence des variations de la composition chimique des laves.
Cette étude menée sur le volcan axial ouvre de nouvelles perspectives sur la dynamique des réservoirs magmatiques intracrustaux, la « plomberie » magmatique des volcans, les éruptions volcaniques et les circulations hydrothermales en contexte volcanique, et est susceptible d’aider à mieux comprendre d’autres systèmes volcaniques. Elle a bénéficié du soutien de la National Science Foundation aux Etats-Unis.
Pour plus d’information : ">Hélène Carton
Kent, G.M., Arnulf, A., Singh, S.C., Carton, H., Harding, A.J., Saustrup., S. (2025). Melt focusing along the lithosphere-asthenosphere boundary beneath Axial volcano, Nature, Vol. 641, 380-387
