La serpentinisation des péridotites

Certains des échantillons de péridotites que nous avons récoltés au cours des nombreuses dragues ne sont plus réellement des péridotites, mais ce qu'on appelle des serpentinites. Les serpentinites sont des péridotites qui ont été hydratées par interaction avec l'eau de mer et/ou des fluides qui circulent dans la croûte océanique. Ce processus d'hydratation, appelé serpentinisation, consiste à transformer les minéraux magmatiques ferro-magnésiens de la péridotite, olivine et pyroxène, en un nouveau minéral, la serpentine. La serpentine étant un silicate de magnésium hydraté (Mg₃Si₂O₅(OH)₄), le fer contenu dans l'olivine initiale va être utilisé pour former un oxyde de fer, la magnétite (Fe₃O₄). Les deux minéraux nouvellement formés vont s'agencer en une texture maillée caractéristique des serpentinites (zone verdâtre avec de fines veines noires de magnétite sur la photo), modifiant ainsi la texture primaire de la péridotite.

La serpentinisation est une réaction exothermique : la chaleur ainsi dégagée par la serpentinisation totale de 1 kg de péridotite est de 250 Joules, permettant d'élever la température d'un litre d'eau d'environ 50 degrés dans des conditions de température et de pression ordinaires. Par ailleurs, la serpentinisation est un processus qui, en plus de conduire à une transformation minéralogique de la roche initiale, entraîne une modification des propriétés physiques (densité, vitesse de propagation des ondes sismiques, propriétés magnétiques, rhéologie,...). En effet, lors de la serpentinisation, le volume de la roche augmente de 30%, diminuant par conséquent la densité, de 3300 kg/m³ pour une péridotite fraîche à 2600 kg/m³ pour une serpentinite.

Parallèlement, la vitesse de propagation des ondes sismiques diminue au cours de la serpentinisation : de près de 8 km/s dans les péridotites fraiches, à environ 5.5 km/s dans les serpentinites. La formation de magnétite au cours de la serpentinisation s'accompagne d'une forte augmentation de la susceptibilité magnétique de la roche, c'est à dire de sa capacité à s'aimanter. Enfin, la serpentine est moins résistante à la déformation que l'olivine ou les pyroxènes. En effet, 15-20% de serpentine dans une péridotite suffisent ainsi à diminuer la résistance de la roche à la déformation, et peuvent en particulier faciliter le mouvement des failles.

Enfin, une dernière conséquence de la serpentinisation, liée à la formation de la magnétite, est la production d'hydrogène (H₂). Cet hydrogène, très souvent associé à du méthane (CH₄), est retrouvé en grandes concentrations dans les fluides des systèmes hydrothermaux situés sur des massifs de péridotites serpentinisées le long des dorsales lentes. L'hydrogène et le méthane pourront ensuite être utilisés comme source d'énergie par les microorganismes qui colonisent le système hydrothermal.