Propriétés et sources du magmatisme

Introduction au magmatisme

Le magmatisme désigne l’ensemble des processus liés à la formation, l’ascension et l’émersion du magma. Comprendre les propriétés physiques du magma ainsi que les sources du manteau permet d’expliquer la diversité des roches ignées à la surface de la Terre.

1. Viscosité des magmas silicatés

Facteurs contrôlant la viscosité

La viscosité, c’est‑à‑dire la résistance d’un fluide à l’écoulement, dépend principalement de la composition chimique du magma. Parmi les éléments majeurs, le dioxyde de silicium (SiO₂) joue le rôle prépondérant.

• SiO₂ élevé : les liaisons Si‑O‑Si forment un réseau polymerisé qui augmente la résistance à l’écoulement.
• Présence de cations alcalins (Na, K) : ils dépolymérisent partiellement le réseau, réduisant légèrement la viscosité, mais cet effet reste secondaire.
• Contenu en fer (Fe) ou en calcium (Ca) : ces éléments modifient la densité mais n’influencent pas fortement la viscosité.

En résumé, une forte teneur en SiO₂ augmente principalement la viscosité d’un magma silicaté.

2. Migration des magmas granitiques vers la surface

Conditions de mobilité

Les magmas granitiques sont riches en silice et possèdent donc une viscosité intrinsèquement élevée. Leur capacité à migrer dépend de deux paramètres clés :

• La viscosité relative par rapport aux magmas basaltiques.
• La pression tectonique et la présence de fluides volatils (H₂O) qui peuvent réduire la viscosité.

Dans les conditions où la viscosité du magma granitique est environ 10⁷ fois supérieure à celle d’un magma basaltique, la différence de densité crée un gradient de pression qui favorise l’ascension rapide du magma granitique vers la surface, souvent à travers des fractures ou des zones de faiblesse lithosphérique.

3. Roches mantelliques et olivine

Typologie des roches du manteau supérieur

Le manteau terrestre est composé de plusieurs types de roches ultramafiques. La péridotite se distingue comme la roche mantellique contenant la plus grande proportion d’olivine, un minéral riche en magnésium et fer.

• Péridotite : dominée par l’olivine (≈ 60‑80 % du volume), accompagnée de pyroxènes et parfois de spinelles.
• Spinélite, garnétite et pyroxénite contiennent respectivement moins d’olivine, étant plus riches en phases silicatées comme le spinelle ou le grenat.

Cette composition influence la densité, la conductivité thermique et la capacité du manteau à générer du magma par fusion partielle.

4. Zones du manteau favorisant la production de magma

Low Velocity Zone (LVZ)

Les ondes sismiques traversent le manteau à des vitesses variables. La Low Velocity Zone (LVZ), située entre 80 km et 200 km de profondeur, se caractérise par une diminution notable de la vitesse des ondes S et P.

• Cette décélération indique une température plus élevée et/ou une présence de fluides (eau, CO₂), conditions propices à la fusion partielle du manteau.
• Par opposition, la lithosphère, la D'' layer ou la Transition Zone présentent des vitesses plus élevées, reflétant une rigidité accrue.

Par conséquent, la LVZ est la région du manteau où la production de magma est la plus efficace.

5. Influence de l’eau sur la viscosité du magma

Mécanisme de dépolymerisation

L’eau, sous forme de molécules dissoutes ou de vapeur, joue un rôle crucial dans la dynamique magmatique. Elle diminue la viscosité en rompant les liaisons Si‑O‑Si du réseau silicaté, un processus appelé dépolymerisation.

• En présence d’eau, les chaînes de silice se fragmentent, rendant le magma plus fluide.
• Cette réduction de viscosité facilite l’ascension du magma, augmente la probabilité d’éruptions explosives et influence la cristallisation des minéraux.

Contrairement à l’idée reçue, l’eau n’augmente pas la viscosité ni la densité du magma ; elle agit comme un agent fluidifiant.

Conclusion

Les propriétés du magmatisme – viscosité, composition, présence d’eau – sont intimement liées aux processus géodynamiques du manteau. Maîtriser ces concepts permet d’interpréter les observations sismiques, la distribution des roches ignées et les mécanismes d’éruption volcanique.