L’anomalie des Appalaches du Nord expliquée
En bref : L’anomalie des Appalaches du Nord (Northern Appalachian Anomaly, NAA) est une zone de roche mantellique anormalement chaude, large de 350 à 400 kilomètres, située à environ 200 km sous la Nouvelle-Angleterre. Un article de 2025 paru dans Geology, signé de Thomas Gernon et de ses collègues, soutient qu’elle s’est formée il y a environ 80 millions d’années lors de l’ouverture de la mer du Labrador entre le Groenland et le Canada, puis qu’elle a dérivé sur quelque 1 800 km vers le sud-ouest, à raison de 20 km par million d’années, jusqu’à sa position actuelle. Le même mécanisme, une chaîne de gouttes lithosphériques qui se propage, appelée onde mantellique, contribue à expliquer pourquoi les Appalaches, vieilles de 290 millions d’années, sont toujours hautes. La question de savoir si ce même mécanisme rend aussi compte de la chaleur profonde qui réchauffe la base de la calotte glaciaire du Groenland est controversée.
Une zone de roche anormalement chaude, grande comme le Maine, dérive vers le sud-ouest dans le manteau supérieur sous la Nouvelle-Angleterre, à environ 200 kilomètres de profondeur, sur une lente trajectoire en direction de New York. Les ondes sismiques qui la traversent se propagent environ 1 à 4 % plus lentement qu’elles ne le devraient, ce qui signifie que les températures déduites de ces ondes, bien supérieures à 1 500 °C à 100 km de profondeur, correspondent à ce à quoi vous vous attendriez sous une zone de rift active, et non sous une marge passive vieille de 290 millions d’années. Cette structure porte deux noms : l’anomalie des Appalaches du Nord pour les géologues, la « masse chaude » pour les titres de presse. Elle mesure environ 350 à 400 kilomètres de large, se trouve à quelque 200 km de profondeur, et elle bouge.
La marge orientale de l’Amérique du Nord est une marge passive depuis environ 180 millions d’années, ce qui rend ce mouvement difficile à expliquer. L’orogenèse appalachienne a connu sa dernière grande pulsation, la collision alléghanienne entre Laurentia et Gondwana, il y a environ 325 à 260 millions d’années. Pourtant, une remontée thermique d’échelle continentale migre vers le sud-ouest sous cette marge, à environ 20 kilomètres par million d’années. Un article de 2025 paru dans Geology, signé de Thomas Gernon et de collègues de l’université de Southampton, du Centre Helmholtz pour les géosciences de Potsdam et de l’université de Florence, fait remonter l’origine de cette anomalie à une tout autre rupture : l’ouverture de la mer du Labrador il y a environ 80 millions d’années, lorsque le Groenland s’est séparé de l’Amérique du Nord.
Comment la tomographie sismique a cartographié l’anomalie des Appalaches du Nord
L’anomalie a été pressentie pour la première fois en 1997, quand Suzan van der Lee et Guust Nolet ont construit un modèle tomographique en ondes de Rayleigh de l’Amérique du Nord, à l’échelle du continent, et remarqué dans le manteau supérieur, sous la Nouvelle-Angleterre, une zone anormalement lente. Au cours des deux décennies suivantes, une couverture instrumentale plus dense, en particulier le déploiement itinérant du réseau transportable USArray d’EarthScope entre 2013 et 2015, a transformé cette tache floue en une structure imagée avec précision. La tomographie en ondes P et S de Schmandt et Lin, publiée en 2014 dans Geophysical Research Letters, puis les travaux de William Menke, Vadim Levin, Fiona Darbyshire et de leurs collègues ont convergé vers des dimensions similaires : une région à faible vitesse large d’environ 400 km, centrée vers 200 km de profondeur sous le sud de la Nouvelle-Angleterre.
Menke et ses coauteurs, dans un article paru en 2016 dans Geophysical Research Letters, ont conclu que le contraste maximal de vitesse des ondes de cisaillement atteint environ 10 % à 200 km de profondeur, avec un rapport des perturbations des ondes de compression et de cisaillement proche de l’unité. Des modèles tomographiques régionaux et globaux plus récents, notamment ceux cités par le groupe de Gernon, imagent la même anomalie avec une réduction plus modérée, de 1–4 %, de la vitesse des ondes de cisaillement ; le chiffre plus élevé de Menke provient d’une inversion locale d’ondes de volume plus dense. Ces rapports indiquent une anomalie thermique plutôt que de composition. Les hétérogénéités chimiques tendent à perturber les vitesses P et S dans des proportions différentes ; l’équipe de Menke a observé des perturbations de P et de S à peu près égales : la signature thermique. Elle en a conclu que la NAA représente une remontée asthénosphérique actuelle, plus chaude que son environnement d’au moins 100 °C environ.
Des études ultérieures ont affiné le tableau des températures. Une analyse par fonctions récepteur issue du réseau New England Seismic Transects (NEST), publiée par Espinal, Long et leurs collègues en 2024 dans Geophysical Research Letters, a mis en évidence un fort gradient de vitesse négatif entre environ 60 et 110 km de profondeur au-dessus de la NAA. La lithosphère située directement au-dessus de l’anomalie a été amincie. Une étude magnétotellurique publiée en 2025 dans Geochemistry, Geophysics, Geosystems par Kim et ses collègues a montré que les zones de faible résistivité le long des bordures nord et ouest de la NAA ne peuvent s’expliquer par la seule chaleur et nécessitent probablement des éléments volatils, peut-être de petites quantités de fusion partielle. Mazza et ses collègues (2014) ont modélisé des températures de magma primaire de ~1 410 °C ± 25 °C à ~2,3 GPa (soit environ 75 km de profondeur) pour les basaltes éocènes qui surmontent l’anomalie des Appalaches centrales : des conditions légèrement plus chaudes que celles du manteau actuel sous les dorsales médio-océaniques. Pour la NAA elle-même, Dong et Menke (2017) ont utilisé l’atténuation sismique pour en déduire des températures du manteau de ~1 550–1 650 °C à ~100 km de profondeur, soit plus chaudes encore. L’estimation du groupe de Gernon en 2025, un contraste thermique de ~100–150 °C à 200 km de profondeur, est cohérente avec ces contraintes plus superficielles.
La NAA, l’anomalie des Appalaches centrales et le jumeau du Groenland
Des modèles tomographiques publiés dans Tectonophysics en 2021, puis de nouveau dans le Journal of Geophysical Research : Solid Earth en 2025 par Luo, Long et leurs collègues, révèlent une chaîne de structures à faible vitesse le long de la marge orientale de l’Amérique du Nord. Au sud de la NAA, sous la Virginie et la Virginie-Occidentale, se trouve l’anomalie des Appalaches centrales, où des dykes basaltiques de l’Éocène, vieux d’environ 48 millions d’années, donnent des températures de magma primaire d’environ 1 400 °C à des profondeurs proches de 80 km. Plus au sud encore, une anomalie côtière méridionale, plus faible, s’étend de la Géorgie à la Virginie. De l’autre côté de l’Atlantique, sous le nord-centre du Groenland, une zone chaude comparable réchauffe la base de la calotte glaciaire, épaisse de plusieurs kilomètres.
Gernon, Brune, Hincks et Keir soutiennent, dans leur article paru dans Geology, que la zone de chaleur du Groenland et la NAA sont des images en miroir : des instabilités jumelles nées sur les flancs opposés de la mer du Labrador lors de son ouverture, au Crétacé supérieur.
Pourquoi les explications antérieures de l’anomalie des Appalaches du Nord ne suffisaient pas
Les trois hypothèses antérieures
Pendant des décennies, trois idées concurrentes ont dominé le débat. La première invoquait la province magmatique de l’Atlantique central, l’épisode de basaltes de plateau survenu il y a environ 201 millions d’années, à la fin du Trias, et le rifting qui a suivi, à l’origine de l’expansion océanique de l’Atlantique il y a environ 175 à 180 millions d’années. La chaleur de cet événement éteint depuis longtemps, disait l’argument, aurait pu persister dans une cicatrice lithosphérique à refroidissement lent. Une idée apparentée attribuait à la fois la NAA et la trace supposée du point chaud de Great Meteor à du matériau de panache mantellique qui aurait traversé la Nouvelle-Angleterre il y a environ 130 à 100 millions d’années, laissant derrière lui les intrusions des collines Montérégiennes et la chaîne des monts sous-marins de la Nouvelle-Angleterre. La troisième invoquait la convection de bordure : le brusque saut d’épaisseur lithosphérique entre l’intérieur cratonique froid et la marge plus mince et plus chaude devrait engendrer de petites cellules de convection, avec une descente de matière sous le bord du craton et une remontée à environ 500 à 1 000 km au large.
L’hypothèse de l’héritage du rift de la Pangée a buté sur l’objection physique la plus simple. Les anomalies thermiques du manteau supérieur s’équilibrent en quelques dizaines de millions d’années. Une cicatrice laissée par l’ouverture jurassique de l’Atlantique, vieille de près de 200 millions d’années, aurait dû s’être en grande partie refroidie à présent. L’hypothèse de la trace de point chaud s’est heurtée à des problèmes de géométrie. Comme Menke et ses collègues l’ont souligné en 2016, la NAA ne s’allonge pas le long de la trace prévue de Great Meteor, et la coïncidence spatiale semble fortuite plutôt que causale.
Pourquoi un vestige de la Pangée ne tient plus la route
La convection de bordure est restée plus longtemps l’explication privilégiée, et elle demeure une description raisonnable des schémas d’écoulement actuels. Cooper Boemmels et ses collègues, Mustelier et Menke, ainsi que Long et d’autres ont tous rassemblé des données de fonctions récepteur et de dédoublement des ondes SKS compatibles avec de petites remontées près de la marge du craton. L’analyse SKS de Lopes (2020) issue du réseau SEISConn a montré que les temps de retard du dédoublement diminuent vers le bord oriental du réseau, ce à quoi l’on s’attendrait si un écoulement vertical du manteau perturbait la fabrique d’olivine, par ailleurs alignée à l’horizontale, de l’asthénosphère.
La convection de bordure a eu du mal à expliquer l’emplacement précis de la NAA. L’anomalie se situe dans une indentation vers l’ouest de la marge cratonique, à plusieurs centaines de kilomètres plus à l’intérieur du continent que l’endroit où les modèles de cellules de bordure les plus simples prédisent la branche ascendante. L’anomalie des Appalaches centrales pose le même problème géométrique. Au début des années 2020, la NAA était une structure imagée avec précision dont l’origine restait une question ouverte.
Repenser l’origine de la NAA grâce à la théorie de l’onde mantellique
Comment le rifting déclenche une chaîne de gouttes lithosphériques
La nouvelle lecture proposée par le groupe de Gernon est née d’un tout autre problème : l’origine des diamants. Dans un article de 2023 paru dans Nature (DOI 10.1038/s41586-023-06193-3), Gernon, Stephen Jones, Brune, Hincks, Keir et une équipe internationale ont montré que les éruptions de kimberlite, qui amènent des diamants depuis des profondeurs de plus de 150 km, culminent environ 30 millions d’années après la rupture continentale et migrent vers l’intérieur des terres à partir du bord du rift, à une vitesse médiane d’environ 26 km par million d’années. Ils ont proposé un mécanisme. Quand les continents s’étirent, de l’asthénosphère chaude remonte pour combler l’espace qui s’élargit. Le contact entre ce nouveau matériau chaud et la quille continentale froide engendre de forts gradients de température et de densité à travers la couche limite thermique, à la base de la lithosphère. Des instabilités de Rayleigh-Taylor s’y forment. Des gouttes lithosphériques denses et visqueuses se détachent en série, chaque nouvelle goutte se formant un peu plus loin à l’intérieur des terres que la précédente.
L’équipe a baptisé cette chaîne qui se propage « onde mantellique ». Un article de 2024 paru dans Nature, du même groupe, a étendu l’idée aux escarpements continentaux et aux plateaux de l’intérieur, en montrant que l’onde mantellique entraîne un soulèvement de l’ordre du kilomètre à des centaines de kilomètres à l’intérieur des terres à partir d’un rift, sur des dizaines de millions d’années. Le magazine Science a retenu le cadre de l’onde mantellique parmi les finalistes de sa « Percée de l’année » 2024. L’article de 2025 paru dans Geology l’a appliqué à une seule question précise : la chaîne d’anomalies à faible vitesse le long de l’est de l’Amérique du Nord pourrait-elle être la signature lente d’une onde mantellique rayonnant vers l’intérieur des terres depuis la mer du Labrador ?
Suivre l’onde depuis la mer du Labrador jusqu’au New Hampshire
La mer du Labrador s’est ouverte par étapes. L’étirement crustal entre le Groenland et la marge du Labrador a commencé au Crétacé inférieur, s’est accéléré au cours du Crétacé supérieur et a produit ses premières anomalies magnétiques d’expansion océanique sans ambiguïté près du chron 27, au début du Paléocène. L’article de Gernon situe le début du rifting vers 120 millions d’années, au Crétacé inférieur, certaines reconstitutions repoussant l’initiation encore plus loin ; la rupture finale est survenue entre environ 90 et 80 millions d’années, culminant vers 82 Ma. En remontant depuis la position actuelle de la NAA avec une vitesse de migration de 20 km/Ma, les auteurs en déduisent que les premières gouttes de Rayleigh-Taylor se sont formées le long du bord interne du rift il y a environ 94 à 91 millions d’années, après le début du rifting mais plusieurs millions d’années avant la séparation continentale finale.
L’article de l’équipe dans Geology combine observations géologiques, reconstitutions de tectonique des plaques et simulations thermo-mécaniques. Les simulations suivent l’évolution d’une marge de rift synthétique et produisent des gouttes convectives qui migrent vers l’intérieur des terres à environ 20 km par million d’années. Cette vitesse de migration, multipliée par environ 80 millions d’années, place la goutte de tête à quelque 1 600 à 1 800 km de son point de départ. Ce chiffre, soulignent les auteurs, est proche du décalage géospatial entre la marge de la mer du Labrador et le centre actuel de la NAA sous le New Hampshire et le Vermont.
L’anomalie des Appalaches centrales est, selon leur lecture, une goutte plus ancienne de la même onde. Les basaltes éocènes de 48 millions d’années qui la surmontent enregistrent un épisode d’amincissement qui a atteint la Virginie avant que la goutte de tête n’atteigne la Nouvelle-Angleterre. L’anomalie côtière méridionale pourrait être un vestige encore plus ancien et plus étalé. Ensemble, les trois anomalies enregistrent une succession d’épisodes de formation de gouttes espacés de quelques dizaines de millions d’années.
« À mesure que le continent s’étire et commence à se fendre, de l’espace s’ouvre sous le rift. Cet espace est rapidement comblé par un afflux d’asthénosphère molle, en écoulement. Ce mouvement soudain perturbe le bord de la racine du continent et déclenche une réaction en chaîne. Comme des dominos qui tombent, des masses de la racine se mettent à goutter vers le bas les unes après les autres. Ces “gouttes” migrent avec le temps vers l’intérieur des terres, en s’éloignant du rift. Nous pensons que ce même processus pourrait expliquer des signatures sismiques inhabituelles sous les Appalaches. La chronologie concorde parfaitement », Thomas Gernon, université de Southampton
Le jumeau du Groenland
Le Groenland a son propre mystère thermique, bien connu. Les données du radar sondeur de glace et des carottes de glace montrent une fonte basale généralisée dans la partie nord-centrale de la calotte glaciaire, en particulier près de la tête du courant glaciaire du nord-est du Groenland, long d’environ 600 km. En 2016, Irina Rogozhina, Alexey Petrunin et leurs collègues, dans un article paru dans Nature Geoscience, ont cartographié une anomalie géothermique couvrant environ le quart de la surface terrestre du Groenland et l’ont attribuée au passage de l’île au-dessus du panache mantellique islandais il y a environ 80 à 35 millions d’années.
L’article de Gernon ne conteste pas entièrement la trace du panache islandais, mais il souligne que la zone de chaleur du nord-centre du Groenland présente une géométrie compatible avec une goutte d’onde mantellique sur le flanc opposé du même rift de la mer du Labrador qui a produit la NAA. Si les deux anomalies ont une origine commune, elles formeraient une paire jumelée, née de part et d’autre d’un continent en train de se déchirer en deux. Dans un cas comme dans l’autre, la conséquence pour la calotte glaciaire est la même : la chaleur qui atteint la base de la glace rapproche les températures basales du point de fusion sous pression, ce qui produit de l’eau de fonte qui lubrifie l’écoulement des courants glaciaires. Des travaux récents d’inversion conjointe d’Ajourlou et de ses collègues de l’université d’Ottawa, publiés dans PNAS fin 2025 (122(50), DOI 10.1073/pnas.2504752122), ont affiné les modèles régionaux de température du manteau supérieur sous la calotte glaciaire du Groenland. Leurs résultats privilégient la reconstitution par le point chaud islandais plutôt qu’une origine liée au rift du Labrador pour le schéma thermique du Groenland, mais ils renforcent l’idée plus générale que la structure profonde du manteau module la dynamique actuelle de l’écoulement des glaces, quel que soit le mécanisme en cause.
Les modèles de calotte glaciaire de la réponse du Groenland au réchauffement climatique sont sensibles aux hypothèses sur le flux de chaleur basal. Si une part significative de cette chaleur provient d’un épisode de rifting vieux de 80 millions d’années, les projections du niveau de la mer fondées sur la fonte du Groenland dépendent d’une histoire géologique que les modélisateurs de la glace intègrent rarement.
Pourquoi les Appalaches sont encore hautes après 290 millions d’années
Ce que signifie la topographie dynamique
Les Appalaches devraient être une plaine basse. L’orogenèse alléghanienne s’est achevée au Permien, et plus de 250 millions d’années d’érosion auraient dû aplanir des Andes permiennes. Pourtant, le mont Mitchell, en Caroline du Nord, s’élève à 2 037 mètres, le mont Washington, dans le New Hampshire, à 1 917 mètres, et l’escarpement de la Blue Ridge chute de plus d’un kilomètre par endroits. Les taux d’érosion déterminés par les nucléides cosmogéniques sur les sommets des Appalaches ne sont que d’environ 5 à 10 mètres par million d’années : c’est lent, mais la lenteur seule ne suffit pas à maintenir des sommets aussi hauts au-dessus du niveau de la mer. Quelque chose les soutient par en dessous.
Les géophysiciens emploient le terme de topographie dynamique pour désigner la part de l’altitude de la surface terrestre que l’épaisseur crustale seule ne peut expliquer, c’est-à-dire le soulèvement ou l’affaissement que l’écoulement du manteau impose à la lithosphère par en dessous. Une remontée chaude et peu dense peut soulever la surface sus-jacente de plusieurs centaines de mètres ; une descente froide l’entraîne vers le bas. Le haut plateau intérieur de l’Afrique australe, soulevé par une remontée du manteau profond anormalement chaude, en est l’exemple classique. On soupçonne depuis longtemps que l’est de l’Amérique du Nord porte une composante similaire, de l’ordre de quelques centaines de mètres, en particulier à travers les Appalaches centrales et septentrionales.
L’hypothèse de l’onde mantellique offre une source naturelle à ce soulèvement. Une poche d’asthénosphère chaude et flottante à 200 km sous la Nouvelle-Angleterre pousserait la lithosphère sus-jacente vers le haut. Le même processus, répété plus au sud, sous l’anomalie des Appalaches centrales, aurait produit le même effet. À mesure que l’onde migre vers le sud-ouest à 20 km par million d’années, son signal de topographie dynamique migre lui aussi. Les Appalaches reposent sur un bourrelet qui se déplace lentement plutôt que sur un bloc unique soulevé, la contribution dynamique la plus forte se déplaçant dans le sillage de la goutte de tête.
Délamination lithosphérique et rebond par flottabilité
Un second mécanisme agit au niveau de la lithosphère elle-même. Chaque goutte de Rayleigh-Taylor retire un morceau de manteau lithosphérique dense et froid à la base de la plaque. La densité moyenne de la plaque diminue, et celle-ci flotte plus haut sur l’asthénosphère sous-jacente : c’est le rebond isostatique, au même titre qu’un navire s’élève une fois sa cargaison déchargée. Le groupe de Gernon estime que les gouttes survenues lors de la dislocation de la Pangée au Trias–Jurassique et lors du rift plus tardif du Labrador pourraient avoir arraché des dizaines de kilomètres de racine mantellique sous certaines parties de la chaîne appalachienne, contribuant à un soulèvement de grande longueur d’onde d’un kilomètre environ sur des dizaines de millions d’années.
L’imagerie par fonctions récepteur issue du réseau NEST va dans ce sens. Les résultats de 2024 de l’équipe d’Espinal placent la limite lithosphère-asthénosphère à 60–110 km de profondeur au-dessus de la NAA, bien moins profond que la lithosphère de plus de 200 km typique des intérieurs cratoniques. La plaque a été amincie par en dessous, et la flottabilité de l’asthénosphère chaude qui occupe désormais le volume manquant contribue à expliquer pourquoi les Appalaches, plus d’un quart de milliard d’années après leur dernière pulsation orogénique, portent encore une forêt de krummholz au-dessus de 1 400 mètres.
La même longue histoire qui a usé les sommets permiens a aussi produit des structures comme la Grande Discordance dans les affleurements du socle appalachien, où des centaines de millions d’années de roches ont tout simplement disparu. L’onde mantellique fournit un contrepoids lent et profond à cette destruction de surface, en soulevant un peu la chaîne pendant que le temps et l’eau la rabotent.
Où l’anomalie des Appalaches du Nord se dirige ensuite
La trajectoire vers New York
À ce rythme, le centre de l’anomalie des Appalaches du Nord passera à peu près sous l’aire métropolitaine de New York dans environ 15 millions d’années, selon les calculs de l’équipe de Gernon. Les schistes de Manhattan situés sous la ville ont déjà près d’un demi-milliard d’années et sont profondément érodés.
L’anomalie se déplace vers le sud-ouest, globalement alignée sur le schéma régional d’écoulement asthénosphérique déduit du dédoublement des ondes de cisaillement à l’échelle du continent et des modèles globaux d’écoulement du manteau. Cette direction d’écoulement suit à son tour le mouvement absolu de la plaque nord-américaine. Savoir si la NAA est emportée passivement dans le « fleuve » du manteau ou si elle se propage au sein d’une onde cohérente d’instabilités qui se détachent en gouttes est précisément la question à laquelle les simulations de Gernon étaient destinées à répondre. Les simulations privilégient la seconde interprétation, mais les deux effets se combinent probablement.
Ce que la NAA n’implique pas
La NAA n’a aucune implication en matière d’aléa en surface. Le taux de fusion partielle déduit des données magnétotelluriques est faible, la profondeur est d’environ 200 km, et à cette profondeur la remontée par flottabilité de toute fraction de roche fondue prendrait des millions d’années, même dans des hypothèses favorables. Une chambre magmatique qui se fraie un chemin vers la surface ne ressemble en rien à cela. La sismicité de la Nouvelle-Angleterre provient de vieilles failles qui se réactivent sous l’effet du rebond postglaciaire et des forces lointaines exercées par les plaques, et l’article de Gernon ne prétend pas le contraire.
Le volcanisme est tout aussi improbable à toute échelle de temps géologique pertinente pour les préoccupations humaines. La dernière activité magmatique significative le long de la marge orientale a produit les intrusions montérégiennes du Crétacé au Québec (~125 Ma) et les dykes basaltiques éocènes de Virginie et de Virginie-Occidentale (~48 Ma). L’est des États-Unis n’est pas en passe de redevenir volcaniquement actif, et les processus de surface qui domineront au cours des prochains millions d’années, soulèvement lent à certains endroits, basculement lent à d’autres, sont bien plus doux que ce que les mesures d’érosion cosmogénique enregistrent déjà.
Les enjeux sont ailleurs. L’évolution à long terme du paysage le long de la marge atlantique, l’archive sédimentaire cénozoïque du plateau continental et le flux de chaleur basal sous la calotte glaciaire du Groenland dépendent tous en partie de ce que fait le manteau supérieur à 200 km sous la surface : un facteur que les projections du niveau de la mer et les modèles source-to-sink intègrent rarement. Les déploiements sismiques et de mesure du flux de chaleur actuellement sur le terrain préciseront ce tableau pour une partie du manteau que les manuels du milieu du XXe siècle considéraient comme inerte.
Questions ouvertes
Plusieurs incertitudes restent grandes. L’article de 2025 repose sur des simulations géodynamiques et des reconstitutions de plaques, et non sur une datation directe des gouttes elles-mêmes. L’empreinte minéralogique et géochimique qui permettrait de distinguer une goutte d’origine labradorienne d’un vestige du rift lié à l’Afrique n’a pas encore été retrouvée dans un quelconque xénolithe profond de la partie concernée des Appalaches. L’âge exact de la rupture de la mer du Labrador reste débattu. L’article de Gernon la situe entre 90 et 80 millions d’années, avec un point culminant vers 82 Ma, mais des estimations antérieures qui rattachent la rupture à des chrons magnétiques plus tardifs étendent la fourchette jusqu’à des âges aussi récents que 60 Ma. La valeur de 80 millions d’années retenue par l’équipe de Gernon se situe dans la fenêtre du consensus plus récent, mais elle n’est pas fixée par une datation indépendante des anomalies mantelliques elles-mêmes.
Plusieurs déploiements sismiques sont actuellement sur le terrain pour combler ces lacunes. Le réseau GENESIS, installé en Nouvelle-Angleterre depuis 2022, complète les expériences antérieures SEISConn et NEST et produit des images à plus haute résolution de la limite lithosphère-asthénosphère au-dessus de la NAA. Les inversions magnétotelluriques du jeu de données à longue période d’EarthScope continueront d’affiner les estimations de la teneur en éléments volatils et du taux de fusion partielle. Les forages de mesure du flux de chaleur dans le nord-est des États-Unis, bien que rares, aideront à vérifier si le signal thermique de surface comporte une composante détectable issue de l’anomalie située à 200 km de profondeur.
Partout où des continents se sont séparés de façon nette et récente, l’Amérique du Sud de l’Afrique à travers l’Atlantique Sud, l’Inde de Madagascar, l’Australie de l’Antarctique, le modèle de l’onde mantellique prédit des traînées d’instabilités similaires vers l’intérieur des terres. Certaines de ces traînées devraient déjà être en partie imagées par la tomographie régionale. Si les prédictions se vérifient, le cas de l’est de l’Amérique du Nord se révélera n’être qu’un exemple d’un phénomène assez général, et les continents paraîtront bien moins stables sous leurs pieds que vus de la surface.
La question de l’origine de la chaleur de l’onde, issue de la seule asthénosphère ou en partie des grandes provinces à faible vitesse des ondes de cisaillement proches de la limite noyau-manteau, qui ancrent les courants les plus lents du manteau profond, dépasse largement ce qu’un seul article de 2025 peut trancher. La relation entre la convection du manteau et les processus plus familiers du noyau, notamment les inversions du champ magnétique terrestre, s’inscrit aussi dans des échelles de temps qui recoupent celles de l’onde mantellique, mais elle est régie par une physique différente.
Gernon et ses collègues ont proposé que l’est des États-Unis, souvent considéré comme tectoniquement inerte, conserve une trace lente de sa propre histoire de rifting dans des structures thermiques situées à 200 km sous la surface. La validité du modèle de l’onde mantellique dépendra de ce que montreront les dix prochaines années de données sismiques et magnétotelluriques, et de la question de savoir si les xénolithes prélevés dans la partie concernée de la chaîne appalachienne portent une empreinte géochimique compatible avec une origine liée à la mer du Labrador.
Questions fréquentes
L’anomalie des Appalaches du Nord est-elle dangereuse ?
Non. La NAA se trouve à environ 200 km de profondeur, bien en dessous de la croûte fragile où naissent les séismes. L’article de 2025 paru dans Geology ne la relie pas à l’aléa sismique, et la sismicité modeste de la Nouvelle-Angleterre est gouvernée par de vieilles failles qui se réactivent sous l’effet de contraintes lentes (rebond postglaciaire, forces lointaines exercées par les plaques), et non par des anomalies thermiques profondes. Aucun magma ne remonte vers la surface et il n’existe aucune voie plausible vers le volcanisme à l’échelle de temps humaine.
Les Appalaches redeviendront-elles un jour volcaniques ?
Pas avant des dizaines de millions d’années. La plus récente activité magmatique notable le long de la marge orientale a produit les intrusions montérégiennes du Crétacé au Québec (~125 Ma) et les dykes basaltiques éocènes de Virginie et de Virginie-Occidentale (~48 Ma). Rien dans les données actuelles ne laisse présager un retour. La NAA est chaude, mais son taux de fusion partielle est faible et elle est située trop profondément pour alimenter efficacement des éruptions en surface.
Pourquoi les Appalaches sont-elles si anciennes et pourtant encore hautes ?
Les Appalaches restent hautes parce que l’érosion lente de l’est humide des États-Unis, généralement de seulement 5 à 10 mètres environ par million d’années sur les crêtes résistantes, est en partie compensée par la flottabilité du manteau profond. Des gouttes lithosphériques ont aminci la plaque sous certaines parties de la chaîne, laissant de l’asthénosphère chaude et peu dense à une profondeur plus faible que d’ordinaire. Cette flottabilité, appelée topographie dynamique, soulève la surface sus-jacente de centaines de mètres. Une chaîne de montagnes dont l’édification s’est achevée il y a 290 millions d’années est abaissée par l’érosion et soulevée par la flottabilité du manteau profond à peu près au même rythme, ce qui explique sa persistance.
Qu’est-ce qu’une onde mantellique ?
Une onde mantellique est une chaîne d’instabilités de Rayleigh-Taylor qui se propage le long de la base de la lithosphère, proposée par Gernon et ses collègues dans un article de 2023 paru dans Nature pour expliquer pourquoi les éruptions de kimberlite culminent environ 30 millions d’années après la rupture continentale et migrent vers l’intérieur des terres à ~26 km/Ma. Quand un continent entre en rifting, de l’asthénosphère chaude monte dans l’espace ouvert et entre en contact avec la quille continentale froide le long d’un fort gradient thermique et de densité. Du matériau lithosphérique dense se détache en gouttes successives qui migrent vers l’intérieur des terres à environ 20 km par million d’années. Malgré son nom, rien n’ondule vraiment sur le plan physique. Les gouttes successives laissent derrière elles une traînée d’anomalies thermiques, chacune se détachant plus loin à l’intérieur des terres que la précédente.
Comment la NAA a-t-elle été découverte ?
Le premier indice est venu d’un modèle tomographique en ondes de Rayleigh de 1997, dû à Suzan van der Lee et Guust Nolet. Des réseaux sismiques plus denses au fil des années 2000 et 2010, en particulier le réseau transportable USArray d’EarthScope, déployé dans l’est des États-Unis entre 2013 et 2015, ont précisé l’image. Menke, Skryzalin, Levin, Darbyshire et leurs collègues ont quantifié les dimensions de la NAA en 2016 à partir des temps de parcours des ondes P et S. Des déploiements plus récents, NEST et GENESIS, apportent des détails supplémentaires par fonctions récepteur sur la limite lithosphère-asthénosphère juste au-dessus de l’anomalie.
La même chose se produit-elle ailleurs sur Terre ?
Le cadre de l’onde mantellique prédit des traînées d’instabilités qui se détachent en gouttes vers l’intérieur des terres derrière chaque rupture continentale nette. Des signatures candidates ont été repérées sous les plateaux sud-américain et sud-africain hérités du rift du Gondwana, sous les Ghâts occidentaux de l’Inde et le long de la marge australienne née du rifting. Le cas miroir le plus net est l’anomalie géothermique située sous le nord-centre du Groenland, née sur le flanc opposé du même rift de la mer du Labrador que celui qui a produit la NAA, il y a environ 80 millions d’années.
