La Tectonique Archéenne DEQUAIRE Tristan MASSON Olivier NATIVEL Thierry
Introduction - Croûte continentale non recyclée dans le manteau (faible densité) - Témoins de croûte continentale âgée de 4Ga Enregistrement de l'histoire de la Terre - 4,6 Ga : Naissance de la Terre - 4,0 Ga : Age des plus anciennes roches connues (Gneiss d'acasta) - 2,5 Ga : Dynamique terrestre devient semblable à celle actuelle - 0,5 Ga : Apparition et prolifération des êtres vivants susceptibles d'être fossilisés
Introduction Tableau des plus anciens âges crustaux : - Zircons de Jack Hill : témoins de la présence d'une croûte continentale il y a 4,404 Ga
Introduction Répartition géographique des roches d'âge Archéen : - Domaine vaste - Répartition sur tous les continents D'après Condie (1981) et Goodwin (1991)
Introduction - Différenciation Noyau-Manteau : 100 Ma - Différenciation Manteau-Croûte : 70 à 75% à l'archéen Modèles de croissance crustale :
Problématiques L'étude de l'archéen est possible grâce à : - Échantillons archéens sur une vaste partie de la surface du globe terrestre - 75% de la croûte primitive formée lors de cette période - Quelle est la composition de cette croûte primitive? - Quelle en est sa source? - Comment s'est-elle formée? - Quelles étaient les activités tectoniques de la planète à l'archéen?
Plan I. Composition et genèse de la croûte - Composition de la croûte - Source de la croûte - Mécanismes de genèse de la croûte II. Évolution et dynamique de la croûte - La spécificité archéenne - Les mouvements verticaux : le phénomène de sagduction - Les mouvements horizontaux : une tectonique des plaque archéenne?
Composition et genèse de la croûte 1. Composition de la croûte : comparaison avec la croûte continentale moderne CC primitive - Tonalite - Trondhjémites - Granodiorites TTG CC moderne - Granite - Granodiorite Gneiss Péninsulaire (TTG) de Gurur (3,3 Ga)
Composition et genèse de la croûte 1. Composition de la croûte : comparaison avec la croûte continentale moderne Affleurement de granites Photo des gneiss gris d'amitsôq (3,82 Ga) Composition modale Q-A-P
Composition et genèse de la croûte 1. Composition de la croûte : comparaison avec la croûte continentale moderne CC primitive : - Pas de termes peu différencié (riche en Ca) - Riche en Na CC moderne : - suite calco-alcaline Triangles K-Na-Ca
Composition et genèse de la croûte 1. Composition de la croûte : comparaison avec la croûte continentale moderne - TTG plus pauvres en Rb, Th, U, K et en Terres rares lourdes (Sm, Tb, Yb) que la CC moderne Composition normée au manteau primitif des TTG comparée à celle de la CC moderne
Composition et genèse de la croûte 1. Composition de la croûte : comparaison avec la croûte continentale moderne - Cette différence implique des sources et des mécanismes de genèses différents Compilation des rapports (La/Yb)N et des teneurs en YbN des TTG et de la CC moderne
Composition et genèse de la croûte 2. Source de la croûte - (87Sr/86Sr)i ~ 0,702 - єnd ~ 0 Valeurs proches de celles du manteau archéen TTG ne proviennent pas d'une ancienne CC
Composition et genèse de la croûte 2. Source de la croûte - 2 sources potentielles : Manteau Amphibolite (basalte métamorphisé)
Composition et genèse de la croûte 3. Mécanismes de genèse de la croûte continentale Diagramme Pression vs Température et coupes schématiques dans des zones de subduction
Composition et genèse de la croûte 3. Mécanismes de genèse de la croûte continentale - Cas de la CC moderne : - CC moderne extraite du manteau dans les zones de subduction - CO altérée et riche en eau descend dans le manteau (refroidissement pendant 60 Ma) - Tmanteau diminue - Déshydratation de la CO avant sa fonte - Réintroduction de la CO dans le manteau - Remontée des fluides par densité et hydratation du coin du manteau - Fusion du coin du manteau La CC moderne est engendrée par la fusion du coin du manteau dont la composition a été modifiée par les fluides issus de la déshydratation de la CO subductée
Composition et genèse de la croûte 3. Mécanismes de genèse de la croûte continentale - Cas de la CC primitive : - Fusion du manteau engendre une CO basaltique - CO se transforme en amphibolite à grenat - amphibolite à grenat atteint sa température de fusion avant sa déshydratation - Fusion de la CO à basse température - Magma type TTG La CC primitive provient de la fusion de la CO transformée en amphibolite à grenat.
Composition et genèse de la croûte 3. Mécanismes de genèse de la croûte continentale - Cas exceptionnels de TTG actuels : - CO jeune (chaude) - Subduction chaude - TTG - ex : Patagonie Carte schématique du sud Chili
Composition et genèse de la croûte Résumé CC primitive : - Composition : TTG - Extraite du manteau par un mécanisme en 3 étapes :
Évolution et dynamique de la croûte 1. La spécificité archéenne - T du manteau archéen supérieure de 100 à 200 C par rapport à celui actuel - Potentiel thermique : chaleur résiduelle due à l'accrétion de la Terre - Chaleur de la différenciation noyau-manteau - Chaleur de la désintégration des isotopes radioactifs
Évolution et dynamique de la croûte 1. La spécificité archéenne Roches abondantes à l'archéen : - Komatiites : - Lave ultrabasique - Texture spinifex - Taux de fusion élevé (~50%) - Température de mise en place : 1600 à 1650 C - Formation à grande profondeur - Densité : 3,3 - BIF (Banded Iron Formation) : - Riche en fer - Fer oxydé par l'action bactérienne - Densité élevée (>3)
Évolution et dynamique de la croûte 2. Les mouvements verticaux : Le phénomène de sagduction - Structure en dôme et en bassin (visible à toutes les échelles) Craton archéen du Pilbara en Australie
Évolution et dynamique de la croûte 2. Les mouvements verticaux : Le phénomène de sagduction - Tectonique gravitaire - gradient inverse de densité - Disparition de la tectonique verticale à la limite Archéen-Protérozoïque (2,5 Ga) Refroidissement de la Terre - «Quasi komatites» à l'île de Gorgone (Pacifique) d'âge Crétacé Modèle de sagduction (Gorman et al. 1978)
Évolution et dynamique de la croûte 3. Une tectonique des plaque archéenne? - Nombreuses controverses : - Différents facteurs : - Prédominance et omniprésence de la tectonique verticale - Absence de relique de CO archéenne Absence de tectonique des plaques archéenne - Analyses récentes : - présence de structures chevauchantes dans tous les terrains archéens - structures en générale plus anciennes que la sagduction d'où un masquage Tectonique horizontale
Évolution et dynamique de la croûte 3. Une tectonique des plaque archéenne? - Structures collisionnelles : - Existence de plaques rigides - Déplacement de ces plaques + - Présence «d'ophiolites» Tectonique des plaques à l'archéen Carte géologique schématique et carte structurale de la partie occidentale des terrains archéens du bouclier baltique (Blais et al. 1997)
Évolution et dynamique de la croûte 4. Modalités de la tectonique des plaques archéenne - Plus de chaleur a évacuer à l'archéen que de nos jours - Évacuation de la chaleur par convection principalement comme de nos jours - Volume de la Terre primitive = volume de la Terre actuelle - Plus grande longueur de ride (Hargraves 1986) - Plaques tectoniques plus petites et plus véloces - Age moyen de la CO archéenne : 10 Ma Subduction de la CO archéenne plus rapide Grands volumes de TTG
Conclusion - Croûte continentale la plus vieille : 4,4 Ga - CC primitive = TTG - Présence de mouvements horizontaux conduisant à la genèse des TTG - Plaques tectoniques archéennes plus petites et plus véloces - 2 régimes tectoniques coexistaient avant 2,5 Ga : - En bordure de plaque : tectonique horizontale - Dans la partie centrale : tectonique gravitaire Refroidissement progressif de la Terre : - TTG Granodiorite & Granite - Disparition des komatiites - Tectonique (verticale + horizontale) Tectonique (seulement horizontale) Recyclage de la croûte continentale irréversible (évolution vers une composition granitique)...
Ouverture L'étude de l'archéen permet : - Une meilleur connaissance en géologie - Favorise le progrès dans les recherches de l'apparition de la Vie sur Terre (exobiologie) Tectonique horizontale Création de relief + Émersion des continents Milieu aqueux (océans, lacs, mers) Conditions physiques et chimiques de duplication des molécules organiques (exigences nécessaires au développement de la Vie)
Sources Références bibliographiques : - L'Environnement de la Terre Primitive de M. Gargaud, D. Despois et J-P. Parisot - Le Soleil, la Terre, la Vie : la quête des origines de M. Gargaud, P. López-García, T. Montmerle - Géochimie : géodynamique et cycles de A. Jambon Sites internet : - www.exobiologie.fr Et un grand merci à Hervé Martin et a Kent C. Condie pour leur aide précieuse