Basalte

Le basalte se forme par fusion partielle de la péridotite du manteau. Deux mécanismes dominent. La fusion par décompression se produit là où la lithosphère s’amincit ou remonte, ce qui abaisse la pression sur le manteau sous-jacent ; elle alimente le volcanisme des dorsales médio-océaniques, des points chauds et des rifts continentaux. La fusion par apport de fluides se produit là où l’eau libérée par une plaque plongeante abaisse le solidus du coin mantellique sus-jacent, ce qui alimente les arcs volcaniques.

Le liquide produit dans les deux cas est mafique : riche en fer et en magnésium, pauvre en silice par rapport aux roches felsiques. Il entre en éruption à environ 1 100–1 250 °C. La lave basaltique est plus chaude et généralement moins visqueuse qu’une lave riche en silice ; elle forme donc souvent des coulées fluides plutôt que des dômes abrupts. Certaines coulées de basalte parcourent de longues distances, mais la longueur d’une coulée dépend du débit éruptif, de la pente, de l’alimentation en lave, du refroidissement et du fait que la lave soit canalisée ou isolée dans des tunnels de lave.

Quatre contextes tectoniques produisent l’essentiel du basalte terrestre :

• Dorsales médio-océaniques. Aux limites de plaques divergentes, le manteau remonte et fond partiellement par décompression. Le magma basaltique ainsi produit construit de la croûte océanique nouvelle le long du système mondial de dorsales médio-océaniques, qui s’étend sur près de 65 000 km.

• Îles océaniques et points chauds. Des panaches mantelliques ou d’autres remontées mantelliques intraplaques peuvent alimenter des volcans basaltiques loin des limites de plaques. Hawaï en est l’exemple classique ; l’Islande est inhabituelle, car le volcanisme de point chaud y chevauche la dorsale médio-atlantique.

• Zones de subduction. L’eau et d’autres éléments volatils libérés par une plaque en train de plonger contribuent à déclencher la fusion dans le coin mantellique situé au-dessus. Les magmas ainsi produits peuvent être basaltiques au départ, mais évoluent couramment vers l’andésite et d’autres compositions dans les arcs volcaniques.

• Rifts continentaux et provinces de basaltes de plateau. Là où les continents s’étirent, ou là où des volumes exceptionnellement importants de manteau fondent, le basalte peut jaillir par de longues fissures et construire d’immenses plateaux de lave. Les trapps du Deccan, les trapps de Sibérie, le Columbia River Basalt Group et la province magmatique de l’Atlantique central en sont des exemples majeurs.

Un basalte typique est un agrégat imbriqué de feldspath plagioclase (le plus souvent de la labradorite, An₅₀–An₇₀), de clinopyroxène (augite) et d’une phase d’oxyde de Fe–Ti. De l’olivine, de l’orthopyroxène ou de la pigeonite peuvent aussi être présents selon la série.

En surface ou près de la surface, le refroidissement est trop rapide pour que de grands cristaux se développent ; la pâte est donc aphanitique ou en partie vitreuse. Lorsque des phénocristaux plus grands d’olivine, de plagioclase ou de pyroxène ont crû plus tôt dans une chambre magmatique, la roche prend une texture porphyrique. Les bulles de gaz piégées près du sommet des coulées produisent des vésicules. Lorsque ces vésicules sont ensuite remplies par des minéraux secondaires comme les zéolites, la calcite ou le quartz, la roche est dite amygdalaire.

Les basaltes se répartissent d’abord selon leur teneur en alcalins, reportée sur le diagramme alcalins totaux–silice de l’IUGS. Trois grandes affinités couvrent la plupart des cas.

Basalte tholéiitique

Le basalte tholéiitique est courant aux dorsales médio-océaniques, dans de nombreux stades boucliers d’îles océaniques et dans de nombreuses provinces continentales de basaltes de plateau. Il est généralement subalcalin et tend à être saturé à légèrement sursaturé en silice.

Basalte alcalin

Le basalte alcalin a des teneurs plus élevées en sodium et en potassium par rapport à la silice et est couramment associé à des contextes intraplaques comme les îles océaniques, les rifts continentaux et des champs volcaniques de moindre taille. Il est souvent sous-saturé en silice, ce qui signifie que des minéraux comme la néphéline peuvent apparaître dans la composition normative.

Basalte d’arc (zone de subduction)

Produit là où la fusion par apport de fluides dans le coin mantellique alimente les arcs volcaniques. Les basaltes d’arc couvrent un éventail qui va des séries tholéiitiques (typiques des arcs intra-océaniques sur croûte mince, par exemple Izu–Bonin) aux séries calco-alcalines (typiques des arcs continentaux matures, par exemple les Andes, les Cascades). Ils sont généralement riches en eau et évoluent vers l’andésite à mesure que la différenciation progresse.

Une source de confusion fréquente : le basalte en coussins n’est pas un type chimique. C’est une morphologie, qui se forme lorsque la lave basaltique est trempée au contact de l’eau et se fige en lobes bulbeux, en forme de tubes. Les laves en coussins se forment partout où le magma basaltique entre en éruption sous l’eau, et elles sont particulièrement caractéristiques des dorsales à expansion lente comme la dorsale médio-atlantique.

• Le système mondial de dorsales médio-océaniques. Environ 65 000 km de dorsale sous-marine produisent de la croûte océanique nouvelle presque entièrement sous forme de basalte tholéiitique. En volume, c’est la plus grande source unique de roche magmatique sur Terre.

• L’Islande. Une rare expression subaérienne d’une dorsale médio-océanique superposée à un panache mantellique.

• La chaîne Hawaï–Empereur. Des volcans boucliers construits presque entièrement de basalte au-dessus du point chaud hawaïen, dont les compositions évoluent du tholéiitique à l’alcalin au cours de leur vie.

• Trapps du Deccan (Inde). Environ 500 000 km² de basaltes de plateau tholéiitiques conservés, émis à cheval sur la limite Crétacé–Paléogène (~66 Ma) et impliqués, avec l’impact de Chicxulub, dans l’extinction de masse K–Pg.

• Columbia River Basalt Group (États-Unis). La province continentale de basaltes de plateau la plus jeune et la mieux conservée, couvrant ~210 000 km² pour un volume émis d’environ 210 000 km³, mise en place entre 16,7 et 5,5 Ma.

• Trapps de Sibérie. Associés dans le temps à l’extinction de la fin du Permien (~252 Ma), la plus grande extinction de masse de l’histoire de la Terre.

• Province magmatique de l’Atlantique central (CAMP). Mise en place il y a ~201 Ma lors de la fragmentation de la Pangée et liée à l’extinction de masse de la fin du Trias.

La résistance, la dureté et la durabilité chimique du basalte le rendent utile dans plusieurs industries.

• Granulats et pierre de construction. Le basalte concassé est largement utilisé comme granulat pour le béton et l’asphalte, comme sous-couche de fondation des routes et comme ballast ferroviaire.
• Pierre de taille et sculpture. Des civilisations, des Olmèques aux Égyptiens, ont travaillé le basalte. Parmi ses usages modernes figurent le parement, le pavage et la pierre commémorative.
• Fibre de basalte. Le basalte fondu étiré en fibre continue sert de renfort dans les matériaux composites, d’isolant résistant au feu et de substitut sans corrosion aux armatures d’acier du béton (BFRP).
• Laine de roche. La masse fondue riche en basalte, filée, est à la base de l’isolation thermique et acoustique en laine minérale.
• Carbonatation minérale et stockage du CO₂. Les formations basaltiques fixent rapidement le CO₂ injecté sous forme de minéraux carbonatés solides. Le projet CarbFix, en Islande, a démontré la minéralisation du CO₂ injecté en moins de deux ans.

Le basalte est-il intrusif ou extrusif ?

Le basalte est extrusif. Il se forme lorsque la lave basaltique refroidit rapidement à la surface de la Terre ou près de celle-ci, ce qui explique que ses cristaux soient trop petits pour être vus sans loupe. Son équivalent intrusif, formé lorsque le même magma refroidit lentement en profondeur, est le gabbro.

Comment se forme le basalte ?

Le basalte se forme par fusion partielle de la péridotite du manteau, soit par décompression aux dorsales médio-océaniques, aux points chauds et dans les rifts, soit par apport de fluides au-dessus des zones de subduction, où l’eau issue de la plaque plongeante abaisse le solidus du manteau. Le magma ainsi produit entre en éruption à environ 1 100–1 250 °C.

À quoi sert le basalte ?

Le plus gros usage en tonnage est celui de granulat concassé pour le béton, l’asphalte, les fondations de routes et le ballast ferroviaire. Le basalte est aussi transformé en fibre continue pour les composites et les armatures, filé en isolant en laine de roche, taillé en pierre de taille et, de plus en plus, utilisé comme roche hôte pour le stockage permanent du CO₂ par carbonatation minérale.

Quelle est la différence entre le basalte et le gabbro ?

Ils ont essentiellement la même chimie. La différence tient à l’histoire du refroidissement. Le basalte refroidit vite en surface et a un grain fin, alors que le gabbro refroidit lentement en profondeur et a un gros grain. Tous deux sont classés parmi les roches magmatiques mafiques.

Pourquoi le basalte est-il si courant sur Terre et sur les autres planètes ?

Le basalte est courant parce que la fusion partielle des roches silicatées du manteau produit souvent un magma mafique. Sur Terre, ce magma entre en éruption aux dorsales médio-océaniques, aux points chauds, dans les rifts, dans les arcs et dans les provinces de basaltes de plateau. Sur d’autres corps rocheux, le volcanisme basaltique est lui aussi répandu, même si chaque planète ou satellite a sa propre composition du manteau, son histoire thermique, sa gravité et son style éruptif. Les roches basaltiques sont volumétriquement importantes sur la Lune, Mercure, Mars, Vénus et la Terre.

De quelle couleur est le basalte ?

Gris foncé à noir sur les surfaces fraîches. L’altération produit des croûtes brunes ou rouges là où le fer s’oxyde, et des teintes verdâtres là où l’olivine et le pyroxène se sont transformés en chlorite ou en serpentine. La couleur sombre vient de la forte teneur de la roche en fer et en magnésium, combinée à l’abondance de pyroxène à grain fin.

• Gabbro — l’équivalent intrusif, à gros grain, du basalte.
• Andésite — roche volcanique intermédiaire, courante dans les arcs des zones de subduction.
• Péridotite — roche ultramafique du manteau supérieur, source des liquides basaltiques.
• Diabase / dolérite — roche basaltique à grain moyen issue d’intrusions peu profondes.