Pourquoi les marges continentales s'affaissent-elles plus vite que prévu ? Le processus qui accélère le refroidissement de la croûte terrestre

La croûte terrestre au large de la côte est des États-Unis, dans l'espace entre le continent américain et l'océan Atlantique, s'est refroidie à un rythme jusqu'à 1,6 fois plus rapide que celui supposé par les modèles géologiques acceptés. Cette découverte a été révélée dans une étude menée à l'Université de Haïfa et publiée dans la revue Communications Earth & Environment.

Les auteurs de l'étude ont découvert qu'à la suite du refroidissement accéléré, les roches sont devenues plus denses, la région s'est affaissée plus rapidement et de l'espace a été créé pour l'accumulation d'épaisses couches de sédiments. « Cette découverte change la façon dont nous comprenons le développement des marges continentales. Si la croûte refroidit plus vite que nous le pensions, alors l'affaissement du fond marin et l'accumulation des couches de sédiments au-dessus se produisent également plus rapidement », a déclaré le Dr Guy Lang de l'École des sciences marines Leon Charney de l'Université de Haïfa et du Service géologique d'Israël, l'un des auteurs de l'étude. « Par conséquent, les processus que nous attribuions depuis des années uniquement au refroidissement passif nécessitent désormais une explication supplémentaire ».

Lorsque les continents se séparent et s'éloignent les uns des autres, la croûte terrestre s'étire et devient plus fine. Au fur et à mesure que le processus progresse, des matériaux magmatiques chauds remontent des profondeurs de la Terre et refroidissent pour former une nouvelle croûte océanique. Dans l'espace entre les continents et le nouvel océan, de vastes zones subsistent, appelées « marges continentales passives ». Avec le temps, ces zones refroidissent par conduction thermique vers le haut. Le refroidissement entraîne une augmentation de la densité de la croûte, son affaissement et sa couverture par d'épaisses couches de sédiments. L'épaisseur des couches de sédiments est dictée par le taux de refroidissement de la croûte : plus le refroidissement est rapide, plus les couches qui s'affaisseront en un temps plus court seront épaisses.

Dans environ la moitié de ces zones, d'énormes quantités de roche en fusion (magma) ont remonté des profondeurs de la Terre lors de la séparation des continents. Une partie de cette roche en fusion a pénétré dans la croûte, et une partie a fait éruption et l'a recouverte d'épaisses couches composées de basalte. Pour cette raison, ces zones sont appelées « marges continentales riches en magma ». Pendant des décennies, les modèles géologiques ont eu du mal à expliquer pourquoi ces zones s'affaissaient beaucoup plus rapidement et pourquoi des couches de sédiments s'y accumulaient, beaucoup plus épaisses que ce à quoi s'attendaient les modèles supposant une conduction thermique passive.

Dans l'étude actuelle, le Dr Lang, le professeur Itzik Makovsky et le professeur Uri ten Brink, du département des géosciences marines Dr. Moses Strauss de l'Université de Haïfa, du Service géologique d'Israël et du Service géologique des États-Unis, ont cherché à examiner quels processus pouvaient expliquer l'affaissement rapide d'une vaste zone située au large de la côte atlantique des États-Unis. Cette zone est considérée comme un exemple clair de marge continentale riche en magma.

À cette fin, les chercheurs ont développé un nouveau modèle mathématique conçu pour reconstruire la façon dont les marges continentales ont refroidi et se sont affaissées après la séparation des continents. Le modèle a combiné trois processus centraux : l'étirement de la croûte terrestre et des couches situées en dessous, l'ajout de roches volcaniques à la croûte et les changements dans le taux de transfert de chaleur à travers les roches. Les chercheurs ont comparé les prédictions du modèle aux données souterraines de la zone d'étude, basées sur des mesures sismiques, ce qui a permis d'estimer l'épaisseur de la croûte et l'épaisseur des couches de sédiments accumulées au-dessus au cours des 26 premiers millions d'années après la séparation du continent.

Pour tester la stabilité des résultats, les chercheurs ont effectué 30 000 ajustements répétés du modèle à différents échantillons de la base de données, puis ont comparé ses prédictions à l'histoire de l'affaissement reconstruite à partir d'un forage de recherche profond dans la zone. Les résultats de l'étude montrent qu'au cours des 26 premiers millions d'années après la séparation du continent, des sédiments d'une épaisseur allant jusqu'à environ 8 km se sont accumulés dans la zone d'étude, alors que les modèles géologiques acceptés prédisaient une accumulation maximale d'environ 3 km. Même après que les chercheurs ont pris en compte l'étirement inégal de la croûte et les roches volcaniques qui y ont été ajoutées, les modèles ne pouvaient toujours pas expliquer l'affaissement complet. Ce n'est que lorsqu'un taux de refroidissement plus rapide a été inclus dans le modèle qu'il a réussi à s'aligner sur les données mesurées.

Les chercheurs pensent que le refroidissement accéléré a été rendu possible par l'eau qui a circulé à travers les roches basaltiques poreuses, s'est réchauffée en profondeur et a transporté la chaleur vers le haut. À mesure que la chaleur était évacuée plus rapidement, la croûte devenait plus dense et la zone s'affaissait à un rythme plus rapide. Des processus similaires sont observés aujourd'hui en Islande et en Afrique de l'Est.

« La capacité de reconstruire plus précisément le taux de refroidissement et d'affaissement des marges continentales est importante bien au-delà de la compréhension du développement de la zone étudiée. Elle peut changer la façon dont nous interprétons l'épaisseur des couches de sédiments, reconstruisons les changements du niveau de la mer dans le passé et évaluons l'histoire thermique des bassins où se sont développés les systèmes pétroliers et gaziers », ont conclu les chercheurs.