Au milieu du basalte, l’incroyable granite de Kerguelen

Les deux frères, rallier du Baty

Programme IPEV – 1077 TALISKER

Damien Guillaume (Université Jean Monnet, Saint-Etienne), Émilie Jarde (CNRS, Rennes) Guillaume Delpech (Université Orsay-Paris Sud), et Marc le Romancer (Université de Bretagne Occidentale, Brest).

Equipe de Talisker 2017/2018

La spécificité de Kerguelen

Kerguelen est un archipel au milieu de l'Océan Austral. Géologiquement, Kerguelen est un vaste plateau océanique anormalement épais au milieu d'une lithosphère océanique.

Une spécificité de la lithosphère est que l'on n'y observe pas de roches granitiques qui sont spécifiques aux lithosphères continentales.
Or, sur la Péninsule Rallier du Baty, on trouve des roches claires, cristallisées, semblables aux granites...

Pourquoi ? …

La structure interne et la composition de la terre

La Terre est constituée de plusieurs "couches" de compositions différentes depuis le centre vers la surface: le noyau, composé de fer essentiellement et d’un peu de nickel; le manteau, dont les deux principaux constituants (hors oxygène) sont le silicium et le magnésium, puis vient le fer; la lithosphère (dont la partie supérieure est la croûte) dont la composition diffère selon qu'elle est océanique (dans l'ordre d'abondance : silicium, aluminium, fer, magnésium) ou continentale (encore plus riche en silicium que la lithosphère océanique, aluminium, puis sodium, potassium).  Cette variation de composition correspond à une répartition des éléments chimiques à l'intérieur de la Terre, avec les éléments les plus lourds au centre et les plus légers vers la surface.

Les minéraux étant constitués d'éléments chimiques, on n'observe pas les mêmes minéraux selon la localisation sur (et dans) la Terre. En particulier, la différence de composition chimique entre les lithosphères océanique et continentale fait que certains minéraux sont plus fréquents dans l'un ou l'autre. Certaines roches, qui sont des assemblages de minéraux, sont donc spécifiques et diffèrent par leur composition selon que l'on se trouve sur un océan (ou un plateau océanique comme à Kerguelen) ou sur un continent.

En simplifiant extrêmement, le basalte est caractéristique des lithosphères océaniques et le granite des lithosphères continentales.

La carte géologique et les principales particularités géologiques de Kerguelen

Elle a été réalisée par le programme Cartoker qui a duré une quizaine d’années en permettant à plusieurs jeunes géologues de parcourir l'archipel durant leurs hivernages pour identifier les roches et les structures géologiques. Le résultat a été synthétisé sous forme d'une carte géologique qui n’a pas encore été publiée. Les travaux menés en parallèle et après le programme Cartoker a permis aussi d'étudier les processus géologiques à l'origine de la formation de Kerguelen et de progresser dans la compréhension de ce "système" particulier.

Presqu’île Joffre

La carte géologique montre la présence de basaltes sur la grande majorité de Kerguelen (80% environ des roches en place). Les basaltes présents à l'affleurement sur Kerguelen se sont mis en place entre 40 et 20 millions d'années, sous forme de coulées de laves empilées les une sur les autres en surface. Formés à partir de la fusion partielle du manteau sous-jacent, ce sont des magmas très chauds (850 à 1000°C lors de leur mise en place) et très liquides qui refroidissent vite au contact de l'air. Ces basaltes sont caractéristiques de la croûte océanique. A Kerguelen, ils forment des "couches" quasi horizontales de quelques mètres d'épaisseur et bien visibles sur les flancs des vallées. Les plateaux correspondent le plus souvent aux surfaces de coulées de basaltes. Entre ces coulées de basalte on observe parfois des niveaux centimétriques à pluri-décimétriques charbonneux avec parfois visibles des empreintes de fougères, de bois, de restes d'animaux (dents de rongeurs), et témoignant de l’existence de forêts sub-tropicales piégées et fossilisées par coulées basaltiques.

La carte géologique montre aussi des formations sédimentaires (la majorité de la moitié Est de Courbet et les fonds de vallées) qui correspondent à l'accumulation des fragments érodés et transportés par les glaciers et les rivières.

Une première particularité de Kerguelen est la présence sur certains sites volcaniques particuliers d'enclaves de manteau. Ce sont des fragments solides du manteau qui ont été arrachés par les laves lors de leur ascension vers la surface. Le plus souvent, ce sont des fragments de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres constitués de cristaux de plusieurs millimètres verts et translucides comme des tessons de bouteille, accompagnés parfois de cristaux noirs. les sites caractéristiques les plus accessibles sont Pointe Suzanne (en contrebas de la cabane ou sur les différents pointements sur le chemin vers Pointe Suzanne) et le Trièdre (sur le site du relais VHF) mais il est possible d'en trouver un peu partout en regardant vers le sol pendant les trajets...

La deuxième particularité géologique de Kerguelen qui a motivé en partie les études des dernières années, ce sont des formations géologiques granitiques abondantes sur la Péninsule Rallier du Baty. C'est atypique dans le contexte océanique de Kerguelen puisque ces roches sont caractéristiques de la croûte continentale. Associées à ces formations, au moins géographiquement, on observe également des sources chaudes et des fumerolles comparables aux systèmes géothermiques des dorsales océaniques.

Les particularités de la lithosphère de Kerguelen

La croûte océanique qui normalement mesure de 10 à 15 km d’épaisseur, y-compris dans le reste de l’Océan Indien et de l'Océan Austral, est anormalement épaisse sur le Plateau de Kerguelen et atteint une épaisseur de 50 à 70km. Ceci est dû à une activité magmatique très importante et "anormale" dans le manteau sous-jacent pendant une centaine de millions d'années, qui a permis la formation et la mise en place d'une épaisseur considérable de coulées de basaltes, aboutissant à un plateau très épais.

Kerguelen, modèle de formation de lithosphère continentale à partir d’une lithosphère océanique?

C'est ce que l'on pense observer à Kerguelen, en particulier grâce aux complexes magmatiques "granitiques" de la Péninsule Rallier du Baty. Avec une lithosphère très épaisse comme à Kerguelen, le gradient thermique est anormal. Ainsi les roches des parties inférieures de cette lithosphère sont soumises à des conditions de température anormalement élevées pouvant provoquer la fusion partielle à l'origine de magmas particuliers.
Ces magmas ont une composition particulière (plus riche en silicium, très abondant dans les roches de la croûte continentale) et une viscosité supérieure à celle des magmas basaltiques qui sont eux très fluides. Ces magmas n'arrivent donc pas jusqu'à la surface. Ils restent en profondeur, quelques kilomètres sous la surface, ce qui leur permet de cristalliser lentement pour former une variété de roches que l'on connait ailleurs sur Terre dans la lithosphère continentale. 
D'après les travaux menés sur ces formations de Rallier du Baty, ces roches se sont formées entre 13 à 7 millions d'années. C'est l'érosion, en particulier l'érosion glaciaire, qui a permis de mettre à l'affleurement ces roches, en érodant progressivement plusieurs kilomètres de la croûte basaltique de Kerguelen.

« Programme Talisker – IPEV 1077

Talisker s’attache à caractériser les circulations de fluides affectant la lithosphère de Kerguelen à différents niveaux structuraux, depuis le manteau supérieur jusqu’à la surface et à leur migration vers l’océan austral Trois axes seront suivis : caractérisation des paléo fluides ayant circulé dans les roches du manteau ou associés aux mises en places de roches plutoniques, caractérisation des systèmes hydrothermaux actifs et des interactions roches-fluides-biosphère et quantification des flux d’éléments chimiques du contient vers l’océan côtier ».

 Article écrit avec Damien Guillaume.
Photos de Armand Patoir.