Comprendre le rôle du magma dans la formation de notre planète
L’étude de la tectonique des plaques peut nous aider à comprendre l’évolution de la surface de notre planète et à prévoir les événements futurs possibles. Les scientifiques se sont souvent concentrés sur les limites où ces plaques se rencontrent, car c’est là que se produisent la plupart des phénomènes intéressants, tels que la formation de montagnes, les tremblements de terre et les volcans. «La présence de volcans aux frontières des plaques tectoniques témoigne de l’existence de magma (roche en fusion) à ces frontières et sous celles-ci», note Richard Katz(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), chercheur principal du projet RIFT-O-MAT à l’Université d’Oxford(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) au Royaume-Uni. «Pour moi, cela soulève la question de savoir comment le magma entre dans le mécanisme de la tectonique des plaques. J’ai senti qu’il y avait beaucoup d’idées à explorer ici.»
Phases liquides et solides dans les zones de rift
Grâce au soutien du Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), Richard Katz a pu approfondir cette question. «Le projet RIFT-O-MAT a été conçu autour de l’interaction mécanique des phases liquides et solides dans les zones de rift», explique-t-il. Il s’agit de zones où le magma remonte vers la surface, entraînant une activité géologique telle que des éruptions volcaniques et des sources chaudes. Richard Katz a également voulu étudier la glace et l’eau dans les glaciers terrestres, où les interactions liquide-solide sont similaires. En collaboration avec les chercheurs postdoctoraux Adina Pusok et Yuan Li, ainsi qu’avec l’étudiant en doctorat Hanwen Zhang et le chercheur associé Dave May, Richard Katz a mis au point un cadre mathématique et un code sophistiqués permettant d’appréhender la rupture de la roche sous l’effet des fluides. Ce modèle a été utilisé pour modéliser le rift est-africain. «Les travaux de Hanwen Zhang sur la mécanique liquide-solide de la glace nous ont également permis de comprendre comment la fracture induite par les fluides est étudiée dans cette communauté», explique Richard Katz. L’équipe a ensuite été rejointe par Tim Davis, un expert en digues magmatiques. «Tim a réalisé un travail remarquable pour comprendre comment les mégadigues peuvent atteindre des longueurs d’environ 1 000 km sans entrer en éruption», ajoute Richard Katz.
Magmatisme et tectonique des plaques
Ces travaux novateurs ont abouti à un certain nombre de résultats fondamentaux. Tout d’abord, la modélisation a montré que le magmatisme – le processus de formation et de déplacement du magma – peut réduire considérablement la force nécessaire au soulèvement d’une plaque tectonique. Les nouvelles découvertes concernant les mégadigues montrent également qu’elles ne sont pas intrinsèquement très pressurisées et qu’elles peuvent s’étendre sur des distances de plus de 1 000 km parce qu’elles se propagent vers le bas. Le projet a également mis en lumière les variations du niveau de la mer au cours du Pléistocène, grâce à son lien surprenant avec l’espacement des failles des dorsales médio-océaniques. Richard Katz indique qu’un manuscrit expliquant cette théorie est à venir. Globalement, le projet a permis de relier les observations du magmatisme à celles de la tectonique des plaques. «Cela nous aide à comprendre pourquoi notre monde a un caractère apparemment unique», note Richard Katz. «Et si notre monde – présentant une tectonique des plaques et un environnement propice à la vie – n’est pas unique, cela nous aide à imaginer les conditions qui doivent être réunies ailleurs.»
Océanographie physique de l’océan magmatique basal
Richard Katz développe actuellement des théories visant à expliquer l’océanographie physique de l’océan magmatique basal (une couche de roche en fusion située tout au fond du manteau) et tente de mieux comprendre le comportement macroscopique des roches. «J’utilise les idées de RIFT-O-MAT pour étudier les volcans de boue (qui éjectent des boues riches en méthane)», fait-il remarquer. «Je collabore également avec Adina Pusok, qui est maintenant chargée de cours à Oxford, sur les problèmes liés à la fusion partielle du manteau terrestre. Il est toujours fructueux de revenir à d’anciennes idées avec de nouvelles perspectives, et je reviendrai donc un jour ou l’autre sur le projet RIFT-O-MAT.»
