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(a) FIG. 1.6 – Fonctionnement d’un site hydrothermal, pris sur le site de la Woods Hole Oceanographic Institution. (a) Formation du fluide hydrothermal. 1 - l’eau de mer froide s’infiltre à travers les fissures de la croûte. 2 - O 2 et K + sont éliminés de l’eau de mer. 3 - Ca 2+ , SO 2− 4 et Mg 2+ sont éliminés du fluide. 4 - Na + , Ca 2+ et K + sont incorporés dans le fluide à partir de la croûte environnante. 5 - le fluide atteint sa température maximale et Cu, Zn, Fe et H 2 S de la croûte se dissolvent dans le fuilde. 6 - le fluide chaud contenant les métaux dissous remonte à travers la croûte. 7 - le fluide hydrothermal ses mélange à l’eau de mer froide et oxygénée, les métaux et les sulfures précipitent et forment des minéraux noirs. (b) Différents types d’émissions existant au niveau d’une source hydrothermale. 1 - l’eau de mer froide s’infiltre à travers les fissures de la croûte. 2 - l’eau de mer subit des transformations chimiques et est chauffée à haute température. L’importance et la nature des transformations subies dépend de la profondeur d’infiltration de l’eau de mer et de la nature de la roche. 3 - le fluide hydrothermal chaud et moins dense remonte vers la surface par un trajet canalisé (cheminée) ou en subissant un mélange avec l’eau de mer de surface à travers le réseau de fissures. Des suintements de fluide refroidi peuvent se former lorsque le mélange avec l’eau de mer sous le plancher océanique est important (diffuseurs). 4 - les précipités de sulfures métalliques noirs se forment à la sortie des cheminées ou sous le plancher océanique si un mélange avec l’eau de mer infiltrée a lieu, conduisant à la formation de fumeurs blancs dans ce dernier cas (précipités de silicates et d’anhydrite). Schémas pris sur http ://www.divediscover.whoi.edu/vents/chemistry.html et http ://www.divediscover.whoi.edu/vents/basics.html (b) 14 CHAPITRE 1. INTRODUCTION
1.1. MILIEUX ET MODÈLES 15 La composition de l’eau de mer est modifiée durant ce trajet (figure 1.6(a)). Au cours de l’infiltration, l’eau réagit avec les roches de la croûte, réductrices, et le K + , le Ca 2+ , l’O 2 sont consommés. Lors du rapprochement de la zone chaude, l’eau s’enrichit en d’autres composés (ions métalliques lourds, CO 2 , H 2 S) et devient acide. Sous l’effet de la pression due au chauffage, le fluide hydrothermal percole vers la surface. La géométrie des voies de sortie détermine la présence d’une émission localisée de fluide très chaud, sous pression, ou bien celle de diffuseurs où le fluide est déjà dilué par son passage dans les fissures sous-jacentes du plancher océanique (figure 1.6(b)). Le mélange entre le fluide hydrothermal chargé d’ions métalliques et l’eau de mer froide provoque une précipitation et la formation de cheminées hydrothermales pouvant atteindre plusieurs dizaines de mètres de haut. Les panaches correspondant à la sortie du fluide et à la précipitation des composés minéraux sont à l’origine de l’appellation usuelle de fumeurs pour désigner ces structures. Les fumeurs noirs correspondent à la formation de précipités de sulfures métalliques et les fumeurs blancs à celle de silicates et d’anhydrites. La composition du fluide de sortie peut être modifiée par la nature exacte de la croûte encaissante, par la dilution avant la sortie au niveau du plancher océanique et par la pénétration plus ou moins importante de l’eau de mer dans la croûte. Le tableau 1.3 présente les caractéristiques chimiques et physiques de différents fluides hydrothermaux (Atlantique, Pacifique) et celle de l’eau de mer du fond adjacente. Les fluides hydrothermaux sont caractérisés par leur haute température, un pH acide, la présence d’H 2 S, de CH 4 , de métaux dissous et l’absence d’oxygène. Suite aux échanges avec la croûte, la composition en sels majeurs de l’eau de mer est également modifiée (variations des teneurs en Na + , K + , et Ca 2+ , élimination du Mg 2+ ). La composition du fluide hydrothermal varie d’un site à l’autre ; ces variations sont plus importantes entre les sites Atlantique et Pacifique du tableau 1.3 qu’entre les deux sites Atlantique. La stabilité temporelle des zones d’émission hydrothermales dépend du type de dorsales : elle est plus grande pour les dorsales lentes et plus faible pour les dorsales rapides. A l’échelle locale, les sites hydrothermaux se caractérisent globalement par une durée de vie de l’ordre de la dizaine (dorsale Sud-Est Pacifique) au millier d’années (dorsale Atlantique), certains sites pouvant être réactivés si l’activité géologique reprend. La zone de mélange fluide hydrothermale/eau de mer du fond Lors des premières explorations des sites hydrothermaux des Galapagos, les communautés vivantes qui ont été décrites étaient groupées autour des zones d’émission du fluide (Lonsdale, 1977, Corliss et al., 1979). Au fur et à mesure de l’étude des environnements hydrothermaux et de la faune associée, il est apparu que les organismes vivants se répartissaient dans une zone de mélange entre le fluide hydrothermal et l’eau de mer du fond et que la source de carbone organique était une production
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