M6 Circulation Hydrothermale

Topique

La circulation hydrothermale est le mouvement d'un fluide, principalement de l'eau, à travers la croûte terrestre, sous l'effet des gradients de pression et de température. Au niveau des dorsales médio-océaniques, l'eau de mer froide pénètre la croûte basaltique fracturée, se réchauffe à l'approche de la chambre magmatique sous-jacente, atteignant des températures jusqu'à 400 degrés Celsius, dissout les métaux et le soufre de la roche qu'elle traverse, puis remonte, désormais concentrée en métaux, pour émerger dans des sources hydrothermales qui rejettent une fumée noire ou blanche selon les minéraux qui précipitent au contact de l'eau de mer froide.

Sur les continents, des systèmes géothermiques comme ceux d'Islande, du parc national de Yellowstone et de Nouvelle-Zélande mobilisent de la même manière de l'eau d'origine météorique réchauffée par une intrusion magmatique voisine.

La physique fondamentale de cette circulation hydrothermale combine la même loi qui décrit l'écoulement en milieu poreux avec l'équation qui décrit le transport de chaleur : le fluide se déplace sous l'effet des gradients de pression hydraulique qui le propulsent, mais ce même mouvement transporte de la chaleur. Cette chaleur transportée modifie à son tour le champ de température de la roche, ce qui altère la densité et la viscosité du fluide. Ce couplage entre le mouvement du fluide et la chaleur qu'il transporte engendre une véritable convection hydrothermale lorsque le paramètre mesurant la facilité avec laquelle un fluide amorce sa convection dépasse, au sein d'une couche poreuse uniforme, une valeur critique bien définie, proche de trente-neuf.

Le comportement attendu de cette convection hydrothermale est la formation de cellules de circulation complètes : un flux ascendant chaud qui se concentre dans les zones de perméabilité plus élevée, telles que les failles et les fractures, et un flux descendant diffus qui occupe les zones plus froides de la roche. La température maximale qu'un fluide hydrothermal peut atteindre est limitée par le point critique de l'eau, soit environ 374 degrés Celsius et 22,1 mégapascals de pression. Au-delà de ce point, l'eau cesse de se comporter comme un liquide ou un gaz distinct.

Dans les dorsales médio-océaniques les plus lentes, la chaleur à l'origine de la circulation hydrothermale ne provient pas d'une chambre magmatique, mais directement du manteau exhumé, par serpentinisation de ses minéraux. Ceci établit le lien entre le gradient de pression et de température évoqué au début de cette description et les différentes sources de chaleur capables d'entretenir une circulation hydrothermale complète.

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