Fusion du manteau et structure lithosphérique sous les volcans cénozoïques de l’est de l’Australie d’après la magnétotellurique 3D

Pourquoi les chaînes volcaniques éloignées des bords de plaques comptent

L’est de l’Australie est parsemé de volcans récents s’étirant sur plus de 3 000 kilomètres du nord au sud. Contrairement aux chaînes volcaniques classiques comme Hawaï, ces éruptions n’affichent pratiquement aucune progression régulière d’âges le long du continent, bien que l’Australie ait dérivé au‑dessus du manteau sous‑jacent pendant des dizaines de millions d’années. Ce schéma déroutant soulève une grande question : qu’est‑ce qui continue d’alimenter en lave la même vaste région d’un continent en mouvement sans laisser de trace évidente d’un point chaud ? L’étude à l’origine de cet article utilise des mesures sensibles des propriétés électriques de la Terre pour sonder en profondeur l’est de l’Australie, révélant comment des structures enfouies dans la croûte et le manteau contribuent à contrôler quand et où ces volcans s’ouvrent.

Observer l’intérieur du continent grâce à des signaux naturels

Plutôt que de forer profondément, les chercheurs ont utilisé une méthode appelée magnétotellurique, qui enregistre la réponse des roches de surface aux variations naturelles du champ magnétique terrestre. Sur quatre décennies, plus de 800 stations ont été déployées à travers l’est de l’Australie pour mesurer la conductivité électrique du sous‑sol. En inversant ces données en un modèle tridimensionnel, l’équipe a produit une sorte de radiographie électrique de la croûte et du manteau supérieur jusqu’à environ 250 kilomètres de profondeur. Les régions qui conduisent bien l’électricité signalent généralement des roches plus chaudes, la présence de fluides ou certains minéraux, tandis que les zones très résistives correspondent à des conditions plus froides et plus sèches. Cette image à l’échelle du continent permet aux auteurs de comparer les zones sous les volcans avec celles qui sont restées silencieuses.

Marches cachées et racines chaudes sous la ceinture volcanique

La nouvelle carte électrique révèle que le manteau juste sous la principale ceinture de volcans cénozoïques est inhabituellement conducteur sous environ 125 kilomètres de profondeur, avec des valeurs compatibles avec des roches très chaudes mais globalement sèches à environ 1 400 °C. À l’intérieur des terres, à l’ouest de la ceinture volcanique, la lithosphère — l’enveloppe rigide externe de la planète — s’épaissit brusquement, formant un « marchement » où un manteau plus froid et plus épais rencontre un manteau plus chaud et plus mince vers l’est. Cette discontinuité coïncide avec des images sismiques indépendantes et marque une frontière nette de propriétés physiques plutôt qu’une transition progressive. Les éruptions les plus récentes de la New Volcanic Province, ainsi que des laves riches en léucite le long du Cosgrove Track, se concentrent près de cette limite, ce qui suggère que des variations d’épaisseur et de température en profondeur favorisent la genèse du magma et son ascension vers la surface.

Une croûte inférieure humide au‑dessus d’un manteau chaud et sec

Alors que le manteau sous l’est de l’Australie apparaît très chaud, les données électriques et les modèles thermiques montrent qu’il est étonnamment sec : sa conductivité s’accorde mieux avec des roches pratiquement dépourvues d’eau qu’avec des minéraux hydratés ou une fusion partielle répandue. Cela implique que lorsque la roche du manteau commence à fondre, la plupart de l’eau et des autres volatils sont efficacement extraits et remontent vers le haut. Les propriétés électriques de la croûte inférieure sous les volcans racontent une histoire complémentaire. Vers 40 kilomètres de profondeur, les roches y sont modérément conductrices et chaudes — environ 800–1 000 °C — ce qui nécessite une faible mais significative teneur en eau ou en minéraux hydratés. Ces couches de croûte inférieure hydratées servent de zone de stockage et de transfert, où les melts et les fluides s’accumulent et se déplacent latéralement avant d’alimenter les volcans en surface. En revanche, les zones non volcaniques manquent généralement d’une telle croûte inférieure fortement hydratée, ou présentent des signatures conductrices différentes et plus complexes.

Des idées concurrentes sur l’origine des volcans mises à l’épreuve

Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer pourquoi les volcans de l’est australien ne suivent pas une progression d’âge linéaire. L’une invoque du matériau remontant depuis la zone de transition du manteau, où une ancienne plaque subduite en stagnation libère des volatils qui favorisent la fusion lorsque le manteau remonte et se décompresse. Une autre met l’accent sur la convection induite par le rebord de la lithosphère, où le pas d’épaisseur établit des flux tourbillonnants qui amènent du matériau plus chaud le long de la frontière. Une troisième suggère que le cisaillement dans une couche mantellique affaiblie pourrait générer localement de la fusion. En comparant leur modèle de résistivité avec des estimations de température, la composition des roches du manteau et la distribution des centres éruptifs, les auteurs concluent que la fusion par décompression au‑dessus d’une plaque profonde stagnante et l’influence du marchement lithosphérique sur l’écoulement du manteau expliquent le mieux les observations. Les données apportent peu d’appui à l’idée d’une fusion étendue provoquée uniquement par le cisaillement dans une couche inhabituellement faible.

Ce que cela signifie pour l’avenir volcanique de l’Australie

Pour un non‑spécialiste, le message principal est que les volcans de l’est de l’Australie sont l’expression en surface d’une anomalie thermique profonde et de longue durée plutôt que d’un simple point chaud mobile. Une marche dans l’épaisseur de la base du continent sépare un manteau intérieur plus froid et plus épais d’un manteau plus chaud et plus mince proche de la côte. Un manteau chaud mais en grande partie sec remonte depuis de grandes profondeurs, perd son eau lors de la fusion, et transfère cette humidité vers la croûte inférieure, où de modestes variations de température ou de composition peuvent basculer la situation vers une nouvelle fusion et une éruption. Parce que ce processus s’étend sur une large région et n’est pas lié à un panache étroit, des volcans peuvent surgir en des points dispersés et à des moments différents le long de la ceinture, sans progression d’âge claire. L’étude montre comment une structure subtile en profondeur peut façonner le paysage et les risques volcaniques que nous observons à la surface aujourd’hui.

Citation: Margiono, R., Heinson, G. Mantle melting and lithospheric structure beneath eastern Australia’s Cenozoic volcanoes from 3D magnetotellurics. Sci Rep 16, 14214 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44483-8

Mots-clés: volcanisme intraplaque, manteau de l’est de l’Australie, structure de la lithosphère, imagerie magnétotellurique, volcans cénozoïques