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Le DALLOL revisité: entre explosion phréatomagmatique, rifting intra - continental, manifestations hydrothermales et halocinèse

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13 pages
Le célèbre site du Dallol se situe au coeur d’une série évaporitique de 2 200 m d’épaisseur dans la plaine Danakil,
au nord-est de l’Éthiopie. Pour appréhender les divers objets géologiques présents dans cette plaine,
nous exerçons un regard croisé entre l’approche magmatique et son cortège de manifestations hydrothermales
et l’halocinèse et les paragenèses salifères.
Force est de constater que chacun de ces deux mécanismes (magmatisme et/ou tectonique salifère) serait potentiellement susceptible de rendre compte des divers phénomènes rencontrés dans la plaine Danakil.
DETAY M. — Le Dallol revisité : entre explosion phréatomagmatique, rifting intracontinental, manifestations hydrothermales et halocinèse, in LAVE, revue de l’association de volcanologie européenne, 151, 7-19 (2011).
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ÉtuDeLe DALLOL revisité:entre explosion phréatomagmatique, rifting intra-continental, manifestations hydrothermales et halocinèseMichel DETAYL célèbr si d Dalll s si a cœr d’n séri évapriiq d 2 200 m d’épaissr dans la plain Danakil,a nrd-s d l’Éhipi. Pr appréhndr ls divrs bjs gélgiqs présns dans c plain,ns xrçns n rgard crisé nr l’apprch magmaiq  sn crèg d manifsains hydrhrmals l’halcinès  ls paragnèss salifèrs.Frc s d cnsar q chacn d cs dx mécanisms (magmaism / cniq salifèr)srai pnillmn sscpibl d rndr cmp ds divrs phénmèns rncnrés dans la plain Danakil.La dépression Danakil forme un bassin inté-rieur d’environ 185x65 km situé dans le nord-estde l’Éthiopie, à 70 km de la mer Rouge. Cette plainese trouve aujourd’hui à une altitude moyenne de–120 m. Le climat est aride et c’est l’un desendroits les plus chauds de la planète. La pluvio-métrie est inférieure à 200 mm/an et la tempéra-ture moyenne annuelle est de 45 °C.La plaine Danakil se situe au début de labranche descendante du point triple de l’Afarqui connecte les deux structures de rift océani-sées que sont la mer Rouge et le golfe d’Aden aurift est-africain intracontinental. L’ouverture dece dernier a créé un graben d’effondrement quia été alternativement occupé et isolé de la mer etoù se sont déposés des milliers de mètres d’éva-porites qui forment aujourd’hui le sous-sol de laplaine Danakil.L’activité volcanique de cette zone, sous lecontrôle du point chaud de l’Afar, a été intenseavec une série de volcans actifs dont le plus célè-bre est l’Erta Ale et son lac de lave permanent(cf. LAVe 150). Les deux tiers sud de la dépres-sion sont couverts de roches volcaniques alorsque le tiers nord est constitué d’évaporites richesen sels et en potasse. Cette série évaporitique aune puissance de 2 200 m, reconnue par explora-tion sismique.Plusieurs objets géologiques ornent la plaineDanakil : mont Dallol,« Skaing Rink », « Blackmnain », « Hrssh mnain », « Rnd mn-ain » (fig. 1). Le mont Dallol, le plus célèbre d’en-tre eux, se situe dans la partie nord de la plaine,au centre des séries d’évaporites, dans le prolon-gement de l’axe du rift est-africain au nord desvolcans Gada Ale, Alu, Dalaffilla, Borale Ale etErta Ale. Le Dallol est connu aussi pour sesmanifestations hydrothermales spectaculairesdont l’explosion « phréatomagmatique » histo-rique de 1926. Il est entouré de dépôts stratifiésde gypse qui forment, avec les horizons salés,des cheminées de fées spectaculaires.
Figr 1 - Plan d siain. Principax bjs d la plainDanakil. Imag Ggl earh, échll1/100 000. Lsnmérs crrspndn ax pins d prélèvmn d abla 1.Données environnementalesLa plaine Danakil et le Dallol sont longtempsrestés ignorés du public. Les premiers récits descolons européens dans la région datent desXVIIeet XVIIIesiècles, mais il est peu probableque le mont Dallol ait été exploré compte tenudes conditions hostiles (climat, émanations degaz toxique, instabilité politique). Aujourd’huiencore, le Dallol se situe dans une zone difficiled’accès où les rares visiteurs ne peuvent passerque quelques jours sur place. Par ailleurs, unepolémique autour des droits d’exploitation de la
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LAVEN° 151 - JUILLET2011potasse que le gouvernement éthiopien a confiésà des sociétés étrangères a entraîné la colère desAfars qui considèrent que le monopole de l’ex-traction de leur sous-sol leur revient. En réac-tion, les Afars auraient miné certains points stra-tégiques. Il règne également une certaine instabi-lité entre Afars et Érythréens. Sur le plan géo-stratégique, il apparaît difficile que l’Éthiopiesoit indéfiniment privée d’un accès à la mer etpar conséquent à la merci de la République deDjibouti, de l’Érythrée ou encore du Kenya quiorchestrent le montant des taxes de transit mari-time aux seuls dépens de l’Éthiopie.Début 2011, les consignes du ministère desAffaires étrangères étaient les suivantes :« D’nfaçn général, ls déplacmns risiqs dans lsrégins d mn Dalll  d vlcan era Al n sn pasrcmmandés. en ff, plsirs aaqs  naivsd’nlèvmn cnr ds riss érangrs s’y sn dér-lés n 2007, 2008  2009. Par aillrs, ds véhiclsn éé déris par ds mins n 2009. Acn déplac-mn sr l mn Dalll  l vlcan era Al n pêr nrpris sans n scr armé (miliairs éhipins plicirs afars) impsé par ls ariés éhipinns ».Toute visite est donc compliquée, la zone resteinstable et des escarmouches se produisentencore régulièrement. Les circuits sont doncnécessairement organisés et il est difficile de sor-tir des sentiers «balisés» d’autant que l’on déplorela disparition, toujours inexpliquée, de quelquestouristes dans le mont Dallol. Cependant, l’im-plantation récente d’une base militaire dans larégion a contribué à pacifier la zone. L’obligationd’être accompagné par une escorte militaire est unpeu du folklore, voire contribue significativementau financement de la base militaire, mais il sembleque la région soit encore assez sensible.Il n’est possible d’accéder au Dallol que pen-dant quelques mois par an et, même en pleinhiver, la chaleur y est très élevée. Les marchesd’approche sont éprouvantes et dangereuses. Leterrain, constitué d’évaporites dans des étatsdivers d’altération, héberge de très nombreusescavités. Cet environnement de roches salines alté-rées est très agressif et chaotique. Il est utile deporter des gants pour éviter de se couper, il fautemporter des réserves d’eau significatives, l’atmo-sphère près des solfatares est irrespirable et leport d’un masque à gaz (ABEK) est une néces-sité, l’environnement sursalé peut provoquer desgênes respiratoires voire des œdèmes... En langueAfar, Dallol signifie «désintégré» ce qui rend biencompte de l’atmosphère qui y règne. Il s’agit biend’aller visiter le jardin du diable!ProblématiqueEn consultant la bibliographie dédiée auDallol, on a le sentiment d’un voyage dans le
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ÉtuDetemps et de revenir aux vieilles querelles entreneptunisme, vulcanisme et plutonisme. Le nep-tunisme considérait que tout provenait d’unprocessus sédimentaire ; le plutonisme, cher àBuffon, faisait appel à un magmatisme profonddevenant vulcanisme lorsqu’il émerge en surface.Pour remettre ces objets géologiques en pers-pective, nous nous interrogerons sur la naturedes séries évaporitique et leurs paragenèses quipeuvent être influencées par l’environnementvolcanique et d’éventuelles intrusions magma-tiques, mais aussi (et surtout) par sa maturitégéochimique dictée par l’halocinèse. Nous effec-tuerons des regards croisés entre les diverses dis-ciplines géologiques et interpréterons la compo-sition chimique de certaines sources thermalespour tenter d’appréhender leur fonctionnementet leur origine. Nous verrons que l’hydrologie etl’hydrogéologie sont des éléments déterminants,bien que rarement évoqués. Puis nous tenteronsde dégager quelques analyses quant à la naturedes objets géologiques. Nous nous concentre-rons sur l’objet géologique « Dallol » et revien-drons sur quelques définitions pour mieuxappréhender sa nature réelle. Pour finir, nousrecadrerons l’objet dans son contexte géostraté-gique et nous nous poserons la question de sondevenir : entre géoparc dédié à un géotourismeimprobable et anecdotique ou satellite insigni-fiant d’une future exploitation industriellemajeure. En guise de conclusion, nous souligne-rons l’incomplétude de notre analyse ainsi que letrop fort cloisonnement qui perdure dans lesdiverses disciplines des géosciences.La série évaporitiqueCes dépôts sont les témoins d’une grandecrise environnementale qui a affecté l’ensemblede la dépression de l’Afar. Ce phénomène, bienque de plus faible ampleur, est comparable à lacrise de salinité messinienne (dont le paroxysmes’est produit entre 6 et 5,3 Ma) en Méditerranée.L’Afar devait alors être formé d’une mosaïquede lagunes sursalées, entourées d’aires émergées,ravinées et souvent encroûtées de sel. Un pay-sage semblable à celui qu’offrent aujourd’hui lamer Morte ou le lac Assalé (République deDjibouti), dont les plans d’eau se situentrespectivement à – 403 m et – 153 m sous leniveau océanique.La dépression Danakil n’a été physiquementséparée de la mer Rouge que très récemment, ily a juste 32 000 ans, par une activité volcaniqueproche du golfe de Zula[Bnai  al., 1971].Lasérie évaporitique est donc Pleistocène. L’actioncombinée du rifting continental (taphrogénèse),induisant un effondrement normal (graben),doublé par des entrées périodiques d’eau de mer,
MICHELDETAY
LeDALLoL ReVISItÉ
Dépôs d bischfi a sd ds Black Mnain. © A. M. Day.-est la théorie généralement invoquée pour ren- colonne d’eau de mer de 1 000 m de hauteur nedre compte de cette importante série évapori- déposerait, en s’asséchant, qu’une colonne detique. La série est très stratifiée et on y observe sels de l’ordre de 16 m (0,5 m de gypse, 12 m dedivers dépôts de carbonates, de sulfates et de halite et environ 3,5 m de sels de potassium et dechlorures de sodium, de calcium et de magné- magnésium). Ainsi, pour obtenir une sériesium. Sous le terme « évaporite », on désigne évaporitique de 2 200 m de puissance, il faudraitessentiellement trois familles de roches d’une évaporer 137,5 km d’océan. Cet ordre de gran-grande importance géologique et économique : deur pose la question de la véracité d’un modèlele sel gemme ou halite (NaCl) ; le gypse qui ne prendrait en compte que l’évaporation(CaSO42H2O) et l’anhydrite (CaSO4) et la d’eau de mer. Faut-il« vidr la mr ? »1.potasse, sous la forme de sylvine (KCl), de sel Classi uement, deux théoridouble de magnésium et potassium ou carnallite er q es principales(KMgCl36H2O) et la kaïnite (MgSO4KCl3H2O).émlgee nmt:o dèle «standard» qui ne considère queL’isolement temporaire d’étendues d’eau de l’évaporation d’eau de mer (d’où le termemer conduit par évaporation à la précipitation évaporites) ;des sels dissous, dans l’ordre inverse de leur – le modèle « hydrothermal » qui complète lesolubilité. Dans le cas du Danakil, il est probable modèle standard ou s’y substitue en faisant appelque ce phénomène ait été facilité non seulement à des apports minéraux par des fluides hydro-par le rifting, mais également par des phéno- thermaux : un mécanisme proche du fonction-mènes d’eustatisme et de glacio-eustatisme nement des fumeurs noirs de dorsales médio-Pleistocène (fluctuations verticales du niveau du océaniques.plan d’eau océanique couplé ou non à l’augmen- ue les rochestation de lépaisseur de la banquise), commesaliEnensf inc,o inl stciotunevniet ntu nd e fsaicgtneaulre r dqinstabilité carpour la crise messinienne en Méditerranée. elles fluent sous de faibles contraintes (le selCependant, la puissance des couches d’éva- gemme à 120 °C, sous 300 kg, file lentementporites du Danakil et la courte période pendant sous une presse). Le poids des sédiments sus- laquelle elles se sont déposées amènentà sinter-jàa lcae tnetsc teotn ileq uger asadliiefnètr eg oéuo thhaelromciinqèusee . cCoenltlrei-bciu eensttroger sur les mécanismes impliqués pour rendrecompte de telles épaisseurs de sel déposées enrdeéscpoollnesmaeblnet s, decsh evdaôumcehse mdeen tss elest,  apulitsr esd iacphiarrs-,un temps si court (30 kan). En effet, pour fixerles idées, rappelons que l’évaporation d’une1. Aphorisme 125 de Nietzsche dans« L gai savir ».
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LAVEN° 151 - JUILLET2011ÉtuDeriages que l’on rencontre couramment dans les seconde zone(Crscn)a également été identifiéeséries évaporitiques. Par ailleurs, les évaporites (12 Mt à 25 % de KCl). En plus des exploitationssont sensibles à la pression et à la température, superficielles, une mine traditionnelle a été utili-ce qui induit des paragenèses importantes au sée, mais elle a dû être rapidement abandonnée àcœur des séries. cause des nombreuses arrivées d’eau souter-Exploitation de la potasse et des sulfuresrparienme.i èCreess té tàu dceetst es ésrioecuiséetés  dqeu el a nzoouns e.d eEvno nsf fleets,La potasse est exploitée depuis 1906 de ma- elle a entrepris des prospections géophysiequesnière quasi continue. Les sulfures ont été extraits, i étrique et magnétique, des études géolo-notamment sur le site du mont Dallol, dans lesggirqavuems et la réalisation de 139forag de recon-années 40 à 50. L’horizon principal de potasse esest connu sous le nom de« Hsn frmain ».Laéntaéi sasrarnêcteé e teonta l1is9a6n7t  à 1c4a6u1se1 dme.  dLiveexrspelos ittaetnisoin saréserve estimée de cette entité est de 40 km3. onLa potasse est un terme générique qui9p7o5litimqudees . prDoefuoxn dfeoruar,g easu  dseu dr edcuo nmnaoisnsta nDcael ldole,désigne un mélange de carbonate de potassium n’ont recoupé que des horizons salifères. Ilset de chlorure de potassium. La potasse ne fait auraient notamment recoupé les mêmes horipas l’objet d’une cotation continue comme le -pétrole ou les matières premières. Son prix est zons que ceux exploités à Mursely. Les autoritésdonc « libre » et fluctue en fonction de l’offre et éthiopiennes n’ont cependant pas hésité à multi-la demande. Le prix à la tonne a cependant plier surface et puissance des horizons deconsidérablement augmenté ces dernières potasse, faisant ainsi passer les réserves poten-années oscillant, en 2008, entre 625US$/t ettimeellnets,  àc eplla usai eruerds onmniléli adred sl adpe ptéotint naesu!x  Éinvvidesetims--1 000 US$/t (prixsp). 90 % de la potasse pro- seurs et aiguisé les convoitises des multinatio-duite est utilisée pour fabriquer des engrais. En2007, daprès la FAO, la demande annuelle étaitanianlseis . étUé ntre acqéueisn zà ailan e hâdtee  cpoarn clee ssgioounvs eranueramieennttde 30 millions de tonnes de potasse. Toujourscdraoîptrrèes  dlae  lFoArOd,r el a dde e3m%an pdae r daenv.rait continuer deéthiAoupjioeun redt hpurio, ploess éeCs aanuaxd iiennvse st(i«ssAelluarns.a  PashLes Italiens ont été les premiers à exploiter laCrp »)ont obtenu le droit d’acquérir troisconcessions au sein d’un ensemble de 161 km2potasse du Danakil. T. Pastori a exploité le gise- dans la dépression Danakil pour y exploiter de lament de carnallite des«Black Mnains»dès 1906. potasse. Ils ont le projet de réaliser 12 500 m deLa«Cmpagnia Minraria Clnial»(CMC) avait forages de reconnaissance et 45 km de profilsipnosutarl léé vistae rb laesse  isnuor nlde atmioonnst  dDe allal olp,l apirnoe beanb lseamiseonntsismiques 2D, lexploitation devant démarrerdes pluies En 1917-18, une ligne de chemin de fer début 2012. Notons qu’une de leurs concessions.(Sainik)englobe le site du mont Dallol2.deen  7É4ryktmhr éreel.i aIli t slee mDblaell oql uae ul ap porott adses e Mdeur sDa aFllaotlm aai,tDautres conglomérats industriels seraientintéressés. Diverses« ds diligncs »seraientjoué un rôle dans l’alimentation des Alliés durantpotentiellement en cours (forages, prospectionla PLreemxipèlroei tgatuieornr e smeostn dicaolen.centrée autour dessismique...) pour préciser la géométrie des hori-zons de potasse et localiser les zones d’exploita-Black Mnainsjusqu’en 1929, en raison de la tion. Les techniques d’exploitation ont évolué et,lteÉntshiioonp icer oiest sadnet e lda esv arleeluatri onmsa recnhtaren dleI tadliee  leatpour saffranchir des risques déboulement etpotasse sur la scène internationale. Près de d’invasion d’eaux souterraines, l’exploitationconsiste à injecter de l’eau sous pression pour70 000 tonnes de potasse auraient été extraites dissoudre les sels. La saumure ainsi créée estpdaurr alenst  Icteatltiee npsé àri loadrer.i vLéee xdpelso iAtantigolani sa,  eétné  1s9a4b1o,tcéeealors récupérée et ira décanter et précipiter dansqui explique le village fantôme que l’on peut de vastes bassins superficiels. encore observer aujourd’hui.Magmatisme et/ou halocinèse ?concession a été ar le Deux principaux mécanismes peuvent êtreEn 1949, lasi rachetée p invoqués pour rendre compte des objets géolo-«eDhaillpila n PCasmh,p anMy agLnimimd »anqduiSal phégra leMmiennst,giques présents dans la plaine Danakil.exploité des sulfures notamment du montMagmatisme et hydrothermalismeDallol. En 1954, la société américaine« M. Par- Dans la mesure où on se trouve sur le rift est-sns Cmpany »rachète la concession et découvre africain et que les édifices volcaniques sontet exploite un dépôt de sylvine estimé contenir omniprésents, le premier réflexe est d’invoquer171 Mt à 31-34 % de KCl, au lieu ditMsly. Une des phénomènes volcaniques ou para-volca-2. http://www.allanapotash.com/s/Ethiopia_Project.asp?ReportID=373997
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MICHELDETAYniques pour rendre compte des divers phéno-mènes observés dans la plaine Danakil.On fait appel, de manière récurrente, à la pré-sence possible d’une intrusion magmatique ausein de la série évaporitique(dyk). Cette intru-sion était suspectée par la présence d’une ano-malie gravimétrique au sein de la série évapori-tique. Cela paraît effectivement possible, le riftAfar ayant été très actif. On se souvient notam-ment de la mise en place, en 2005, sous les vol-cans Dabbahu et Gabho (à 180 km au sud duDallol), d’une intrusion de 2,5 km3de magma(dyke de 60 km de long et de 8 m de large) entre2 et 9 km de profondeur[Wrigh  al., 2006].L’intrusion suspectée imposerait un gradientgéothermique élevé et l’hydrothermalisme asso-cié pourrait rendre compte des divers phéno-mènes observés : solfatares du Dallol, explosionphréatique, sources chaudes, geysers... En effet,au contact d’une intrusion, l’eau est mobiliséesous une forme de fluide supercritique, qui pos-sède des propriétés intermédiaires entre cellesd’un gaz et d’un liquide, et circule dans l’encais-sant avec une forte interaction entre roche etfluide, la transition liquide-gaz se produisantlorsque le fluide arrive en surface (ébullition etcondensation). Les fluides hydrothermaux pro-viennent de plusieurs réservoirs (manteau,croûte, encaissant, hydrosphère, atmosphère) etparticipent au cycle des molécules H2O et CO2entre atmosphère et manteau. Les élémentsvolatils participent aux processus géochimiquesde dissolution – circulation – précipitation desnombreux éléments chimiques mobilisés for-mant ainsi de nouvelles associations minérales.Halocinèse et paragenèses salifèresL’environnement volcanique ne doit cepen-dant pas nous faire oublier la présence de2 200 m d’évaporites récentes qui sont nécessai-rement en cours d’ajustements(halcinès)etd’évolution géochimique(paragnèss).L’haloci-nèse est le terme générique qui regroupe lesdivers phénomènes qui peuvent amener lesmasses de sel à évoluer et à se déplacer au seind’un ensemble sédimentaire épais. Certains élé-ments peuvent évoluer au sein d’une série éva-poritique : le gypse enfoui sous 600 m de sédi-ments peut se transformer en anhydrite à unetempérature de 45 °C ; les divers sels primaires,notamment la bischofite et la carnallite, peuventévoluer dans des conditions similaires de pres-sion et de température. Les paragenèses peuventégalement entraîner des variations importantesde volumes entre les phases concernées. Enfin,ces formations peuvent avoir un comportementductile dès qu’elles sont recouvertes par une cer-taine épaisseur de sédiments. Ces mécanismesd’halocinèse sont bien connus et sont à l’origine
LeDALLoL ReVISItÉdes diapirs de sels et des déformations plas-tiques, liées aux charges différentielles, que l’onrencontre très fréquemment au sein des sériessédimentaires. Dans le sous-sol Danakil, il estlogique que des phénomènes d’halocinèse soientresponsables de la mise en mouvement de cer-tains horizons au sein de cette formation, d’au-tant que le gradient géothermique y est élevé,imposé par le point chaud de l’Afar. Cette thèseest développée par C.-J. Talbot qui montre que700 m de sédiments sont suffisants pour provo-quer des migrations importantes au sein d’unesérie évaporitique.Les mécanismes géochimiques impliquésdans l’halocinèse libèrent de l’eau et des solu-tions sursaturées peuvent alors se former et évo-luer au sein de la formation évaporitique et par-ticiper, voire provoquer, d’autres cycles géochi-miques. Ces cycles autogènes pourraient doncêtre à l’origine des sources sursaturées que l’onobserve dans le Dallol et la plaine Danakil.Le rôle discriminant des fluidesLes gisements de potasse peuvent se décom-poser en deux groupes : ceux qui sont riches enMgSO4caractérisés par une paragenèse enaccord avec la logique d’évaporation-précipita-tion de l’eau des océans actuels, et ceux qui sontpauvres en MgSO4et qui ne peuvent pas s’expli-quer par le seul mécanisme d’évaporation del’eau de mer. Ces derniers sont caractérisés par laprésence d’halite, sylvine, carnallite±trachyhy-drite±bishofite±gypse et anhydrite. L’originede ce dernier groupe est toujours l’objet decontroverses au sein de la communauté scienti-fique[Hardi L., 1990].Les gisements de potasse du Danakil appar-tiennent majoritairement au groupe pauvre enMgSO4, mis à part la zone inférieure de la forma-tionHsn,où se trouve de la kaïnite. L’analysedes diverses coupes de forages des premiers500 m d’évaporites laisse présager le rôle prépon-dérant d’un mécanisme de rifting couplé à desremontées de saumures d’origine hydrothermalesriches en CaCl2, Na, K et Ca et pauvres en Mg etSO4. L’émergence de ces saumures aurait créédes lacs qui ont produit des évaporites, non-marines, pauvres en MgSO4. Ce mécanismeaurait donc prévalu, sauf pendant la période oùse seraient déposés les horizons de kaïnite (intru-sion marine). Au cœur du gisement de potasse(Hsn frmain),les évolutions entre niveauxde kaïnite et niveau de sylvinite proviendraientd’un processus à dominante marine, pour le pre-mier membre, et d’un processus majoritairementhydrothermal pour le second.Dans la partie nord de la plaine Danakil, onrencontre des émergences riches en MgCl2et
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