La dynamique des dorsales : cours de Première SVT

Si tu pouvais vider tous les océans, tu verrais apparaître un relief que les cartes des continents ne montrent pas : une immense chaîne de montagnes qui serpente au fond des mers. Ce sont les dorsales. Dans ce cours, tu vas comprendre ce qu'elles sont, comment elles fonctionnent et ce que leurs formes disent de la vitesse à laquelle les plaques s'écartent.

Tu connais déjà deux notions utiles : la structure du globe (croûte, manteau, noyau) et la tectonique des plaques, avec une lithosphère découpée en plaques rigides qui bougent les unes par rapport aux autres. Une dorsale est l'un des endroits où ce mouvement est le plus visible. Le programme de Première te demande d'en connaître la morphologie, d'étudier des données (bathymétrie, forages) et de relier la divergence des plaques au magmatisme ².

Pour te donner une idée de l'échelle, les dorsales constituent la plus grande chaîne de montagnes continue de la planète, avec une longueur estimée entre 60 000 et 80 000 km ⁵. Elles sont larges de 1 000 à 3 000 km ⁵. Leur surface représente environ un tiers (33 %) du plancher océanique et un quart (25 %) de la surface du globe entier ⁵.

La plus longue portion de ce réseau est la dorsale médio-atlantique : elle traverse tout l'Atlantique du nord au sud, sur plus de 15 000 km, entre les plaques nord- et sud-américaine d'un côté, et les plaques eurasienne et africaine de l'autre.

La morphologie d'une dorsale, c'est sa forme : à quelle profondeur se trouve-t-elle, quel relief présente-t-elle, comment est-elle creusée ? C'est une notion fondamentale du programme ². On la lit grâce à la bathymétrie, c'est-à-dire la mesure des profondeurs du fond marin.

Autrement dit, la crête d'une dorsale domine la plaine abyssale de plusieurs milliers de mètres. Ce n'est pas une pente isolée : le relief forme un système continu à travers tous les océans, sans interruption ⁵.

Au centre de la dorsale, une dépression allongée marque l'axe : le rift. C'est là que se passe l'essentiel de l'activité. De chaque côté, les reliefs s'abaissent progressivement quand on s'éloigne de l'axe.

Dans le cadre de la tectonique des plaques, une dorsale océanique marque la limite entre deux plaques qui s'écartent : c'est une frontière de divergence ⁵. Cet écartement explique tout le reste.

Selon le programme, quand les plaques s'éloignent de part et d'autre d'une dorsale, cela facilite l'apparition de lithosphère océanique neuve ². Imagine deux tapis roulants qui partent dans des sens opposés : l'espace laissé libre au milieu ne reste pas vide, il est comblé par du matériau venu d'en dessous. Ce processus de création de lithosphère à l'axe s'appelle l'accrétion océanique.

Les failles jouent aussi un rôle. Le programme cite parmi les notions fondamentales les failles normales, qui accompagnent l'étirement de la lithosphère ². Quand une croûte est étirée, elle se casse en blocs qui s'effondrent ou basculent : c'est ce qui crée les gradins et les fossés visibles dans les profils bathymétriques.

Une dorsale est le lieu d'un magmatisme fréquent ⁵. Le magma, c'est de la roche fondue. Mais pourquoi y a-t-il de la fusion à cet endroit, alors que le manteau est solide ? Cette question est classique, et la réponse n'est pas « parce qu'il fait plus chaud ».

Voici le raisonnement, étape par étape.

• Quand les plaques s'écartent, le manteau situé en dessous remonte pour combler l'espace.
• En remontant, il subit une pression de plus en plus faible : on parle de décompression.
• Une roche chaude peut fondre partiellement quand sa pression diminue, sans qu'on ait besoin de la chauffer davantage.
• La fusion partielle de la péridotite, roche du manteau, produit un magma qui monte vers la surface.

Ce magma est généralement de nature basaltique, avec une géochimie dite tholéitique ⁵. En refroidissant, il donne les roches de la lithosphère océanique neuve.

L'isostasie rend compte du relief élevé de la dorsale : du magma monte et la température augmente, ce qui soulève l'ensemble ⁵. L'idée : une lithosphère chaude est moins dense, elle « flotte » plus haut sur le manteau sous-jacent. C'est pourquoi l'axe de la dorsale est élevé.

Cela donne un profil caractéristique : très haut à l'axe, puis un fond qui descend peu à peu de chaque côté jusqu'à la plaine abyssale. Plus un point du plancher est éloigné de l'axe, plus il s'est formé tôt, plus il a eu le temps de se refroidir et plus il est profond.

Tu peux donc résumer la chaîne de causes ainsi : la température de la lithosphère contrôle sa densité, et sa densité contrôle la profondeur du fond.

Toutes les dorsales ne se ressemblent pas. Leur forme dépend de la vitesse d'expansion du fond marin à la crête : le profil du rift est en grande partie déterminé par cette vitesse ⁵.

Une dorsale lente présente de grandes et larges vallées de rift, qui peuvent atteindre 10 à 20 km, et un terrain très accidenté à la crête, avec des écarts de relief allant jusqu'à 1 000 m ⁵. À l'inverse, une dorsale rapide se caractérise par des sillons étroits et pointus dans une topographie plutôt plate qui s'étend sur plusieurs centaines de kilomètres depuis la crête ⁵.

Le programme ajoute que, dans les dorsales lentes, l'activité magmatique est plus réduite : la divergence y est donc en partie compensée autrement, par l'étirement de la lithosphère ². On retrouve ici le rôle des failles normales, qui découpent le relief accidenté d'une dorsale lente.

En l'absence de particularité structurelle, la croûte océanique se met en place de façon symétrique de chaque côté de la dorsale ⁵. Vue depuis un point de la limite entre les plaques, chacune s'éloigne donc à la même vitesse que l'autre, dans la direction opposée ⁵.

Voici pourquoi. Si les plaques A et B s'écartent à $v$ (vitesse de séparation) et que l'accrétion est symétrique, la plaque A gagne $v/2$ de lithosphère neuve de son côté de l'axe et la plaque B aussi. Pour un observateur posé sur A, la crête est à une distance de A qui augmente à la vitesse $v/2$, et la plaque B s'éloigne de lui à la vitesse $v$ en tout.

Le volcanisme est fréquent aux dorsales, mais il n'est pas indispensable. Certains segments de dorsales très lentes n'ont presque aucun volcanisme, par exemple sur la dorsale sud-ouest indienne. L'océan s'y élargit surtout par le jeu de grandes failles, à un rythme très lent ⁵. Cela confirme le lien que le programme fait entre dorsales lentes et activité magmatique réduite ².

Autre nuance : le terme « médio-océanique » n'est pas toujours approprié. Les dorsales atlantiques, comme la dorsale médio-atlantique, ont bien une position médiane, à mi-chemin des continents américain et euro-africain ⁵. En revanche, les dorsales pacifiques (est-Pacifique et Pacifique-Antarctique) ont une position décentrée ⁵.

Retiens donc que le mot « dorsale » est plus sûr que « médio-océanique », même si les deux se rencontrent dans les documents.