droite|vignette|upright=2.5|Plaine abyssale et rides médio-océaniques.
En géologie, une dorsale, appelée aussi crête médio-océanique ou ride médio-océanique, est une chaîne de montagnes sous-marine, que l'on rencontre dans tous les bassins océaniques de la planète. Elle se distingue de la plaine abyssale, la partie plate de la zone abyssale océanique entre et de profondeur, par des profondeurs beaucoup moins marquées, typiquement aux alentours de . Une dorsale se présente sous la forme d'un système de reliefs formant une chaîne, de part et d'autre d'un rift central marqué. Le réseau de ces dorsales est continu et s’étend sous les océans sur près de 60 à .
Pour la tectonique des plaques, une dorsale océanique est une frontière de divergence entre deux plaques tectoniques. En réponse à la séparation des plaques, le manteau terrestre chaud entre en contact avec l'océan et forme de la nouvelle lithosphère océanique. Les reliefs de la dorsale sont formés par isostasie, conséquence de la remontée du magma et de la hausse de la température. En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit, devient plus dense et son contact avec l'océan plus profond.
Une dorsale est le lieu d'un magmatisme fréquent. Le volcanisme au niveau des dorsales est généralement basaltique, avec une géochimie tholéitique. La fusion du matériel péridotitique qui a lieu à la dorsale est à l'origine du matériel constituant la lithosphère océanique. Il existe aussi des dorsales sans volcanisme, comme la dorsale sud-ouest indienne. Dans ce cas, ce sont des mouvements tectoniques de grandes failles à déplacement très lent ( par an) qui assurent l’expansion océaniqueContinuous exhumation of mantle-derived rocks at the Southwest Indian Ridge for 11 million years. Daniel Sauter, Mathilde Cannat, Stéphane Rouméjon, Muriel Andreani, Dominique Birot, Adrien Bronner, Daniele Brunelli, Julie Carlut, Adélie Delacour, Vivien Guyader, Christopher J. MacLeod, Gianreto Manatschal, Véronique Mendel, Bénédicte Ménez, Valerio Pasini, Étienne Ruellan, Roger Searle..
Le terme « médio-océanique » employé pour désigner les dorsales n'est pas toujours approprié puisque, si les dorsales atlantiques (dorsale médio-atlantique, dorsale Kolbeinsey entre l'Islande et l'île Jan Mayen et dorsale Mohns au nord-est de Jan Mayen) ont bien une position médiane, avec un tracé qui sinue à mi-chemin des continents américain et euro-africain, les dorsales pacifiques (dorsale est-Pacifique et dorsale Pacifique-Antarctique) ont une position décentrée..
droite|350px|vignette|Les dorsales océaniques sont représentées par une ligne rouge.
Description Caractéristiques morphologiques vignette|La surface des dorsales (en rouge) atteint 33 % de la surface du plancher océanique.
Les dorsales océaniques forment la plus grande chaîne de montagnes continue de la planète. Elles constituent un système de relief sans discontinuités à travers tous les océans, avec une longueur estimée de à ...
Une dorsale n'est pas une ligne de crête continue : elle est formée d'une suite de nombreux segments longilignes, reliés par des failles transformantes.
Larges de à , leur surface atteint 33 % de la surface du plancher océanique et 25 % de la surface du globe terrestre dans son ensemble.. Le segment le plus long est la dorsale médio-atlantique, qui sépare les plaques afro-européenne et américaine sur environ .
Les parois des crêtes se trouvent typiquement à de profondeur, alors que la profondeur moyenne d’un océan est d’environ et que la plaine abyssale, la partie plate de la zone abyssale océanique, est entre et de profondeur. Par rapport à ce fond des océans, le « relief » d'une dorsale est donc de l'ordre de deux à trois mille mètres. Cependant, la dénivellation est à comparer avec la largeur, de 500 à (océan Atlantique) ou de à (océan Pacifique). La pente est donc beaucoup plus faible que dans le cas des massifs montagneux émergés.
Profil bathimétrique transverse vignette|Profil typique d'une dorsale lente.
Chez les dorsales lentes, la ligne axiale du mont sous-marin, ou « montagne sous la mer », peut être creusée d'une vallée étroite de quelques kilomètres appelée rift, ou fossé d'effondrement. En principe, les dorsales lentes ne sont pas le site d'un volcanisme actif ni d'une activité hydrothermale, mais huit fumeurs noirs ont été découverts depuis 2014 sur la dorsale de Gakkel près du pôle Nord, sous la banquise...
Les dorsales rapides, avec un magmatisme plus important et qui génèrent une croûte plus épaisse (), n'ont pas de rift central. Le rift, lieu d'une intense activité géologique, est considéré comme une oasis de vie dans les grands fonds océaniques plutôt très pauvres en activité biologique faute de ressources énergétiques et chimiques.
La bathymétrie ou le profil du rift est en grande partie déterminé par la vitesse d'expansion du fond marin sur la crête. Les crêtes à expansion lente (< ), comme la dorsale médio-atlantique, ont généralement de grandes et larges vallées de rift, pouvant aller jusqu'à 10-20 km, et un terrain très accidenté à la crête de la dorsale, avec des écarts de relief pouvant atteindre . En revanche, les crêtes à extension rapide (> ), telles que la dorsale est-Pacifique, se caractérisent par des sillons étroits et pointus dans une topographie généralement plate qui s'étend depuis la crête sur plusieurs centaines de kilomètres.. Les crêtes à diffusion ultra-lente (< ), comme le sud-ouest de l'Inde et les crêtes arctiques, forment des segments de crêtes magmatiques et amagmatiques sans faille de transformation..
La profondeur du fond marin en un point donné de la dorsale (ou la hauteur de ce point par rapport aux plaines abyssales) est étroitement liée à l'âge de sa formation géologique. La relation âge-profondeur peut être modélisée par le refroidissement d'une plaque de lithosphère... dans des zones sans subduction significative.
La forme générale des dorsales résulte de l’isostasie : près de l’axe des crêtes, un manteau chaud et de faible densité soutient la croûte océanique. Au fur et à mesure que les plaques océaniques se refroidissent, loin de l'axe des crêtes, la lithosphère du manteau océanique (la partie plus froide et plus dense du manteau qui, avec la croûte, comprend les plaques océaniques) s'épaissit et la densité augmente. Ainsi, les fonds marins plus anciens reposent sur un matériau plus dense et sont plus profonds. Pour le même refroidissement, le profil bathymétrique et la largeur de la dorsale qui en découle est donc fonction de sa vitesse d'expansion. Les expansions lentes comme celle de la dorsale médio-atlantique conduisent à des profils beaucoup moins larges que les dorsales plus rapides comme la dorsale est-Pacifique.
Alternance de crêtes et de failles transformantes vignette|Transformation d'une extension en alternance de failles transformantes.
Une question fondamentale de la tectonique des plaques est de comprendre pourquoi une dorsale typique est composée d'une alternance de segments de crêtes (failles divergentes) séparées par des failles transformantes à angle droit des précédentes. En effet, s'il est logique que les failles transformantes s'alignent suivant la direction du déplacement relatif des plaques, il n'y a pas de contrainte équivalente sur la crête elle-même, qui pourrait faire un angle quelconque avec cette direction sans que le déplacement n'entraîne d'incohérence mécanique. Comment une telle structure se forme-t-elle et pourquoi se maintient-elleDevelopment of transform faults at mid-ocean ridges: plate fragmentation vs. plate growth origin. Taras Gerya, Swiss Federal Institute of Technology. Geophysical Research Abstracts Vol. 13, EGU2011-4289, 2011. ?
Le tracé général des dorsales océaniques est hérité du processus de fragmentation de plaques, souvent contrôlé par des structures préexistantesJ.T. Wilson, A new class of faults and their bearing on continental drift, Nature 207 (1965) 343.. Cette idée est suggérée notamment par la correspondance géométrique simple entre les marges passives et les dorsales médio-océaniques, particulièrement marquée dans le cas de la dorsale sud-atlantique et des côtes ouest-africaine et sud-américaineOceanic ridges and transform faults: Their intersection angles and resistance to plate motion. Arthur H. Lachenbruch, George A. Thompson. Earth and Planetary Science Letters; Volume 15, Issue 2, June 1972, Pages 116-122.. De fait, lorsqu'une faille de direction quelconque s'ouvre et s'étire, elle tend à se résoudre en un système de failles transformantes parallèles au mouvement, entre lesquelles s'installent des systèmes d'effondrement autour de failles orthogonales, à l'origine des crêtes océaniques. Par la suite, cette tendance à alterner crêtes et transformantes se rencontre, y compris sur la croûte océanique : de simples crêtes droites peuvent se transformer en un motif de transformation orthogonal de crête, par exemple après des changements dans le mouvement de la plaque.
Cependant, les failles transformantes ne sont souvent pas héritées des structures de rift transversal; elles peuvent apparaître après que le plancher océanique a commencé à se former. On constate en particulier que les zones de fracture et des linéations magnétiques restent orthogonales, y compris après un changement de direction de la divergence, ce qui montre que cette orthogonalité est une réponse mécanique au processus de divergence rencontré sur la croûte océanique. La modélisation et l'expérience montrent qu'il suffit d'irrégularités initiales à la frontière de la plaque pour que la croissance devienne instable et s'organise spontanément dans des directions alternées le long de sections de crête successives ; les arêtes courbes résultantes deviennent des failles de transformation en quelques millions d'annéesOrigin and models of oceanic transform faults, Taras Gerya, Tectonophysics 522–523 (2012) 34–54.. S'il existe une configuration stable, c'est qu'elle représente une configuration d'énergie minimale, probablement déterminée par la dépendance de la résistance à la séparation des plaques sur la configuration que prend la dorsale.
Si la dorsale doit relier deux points géographiques en alternant crête et faille transformante, le trajet minimisant l'énergie nécessaire au déplacement dépend du rapport entre l'énergie dépensée par le coulissement d'une faille transformante et celle dépensée par l'extension d'une crête. Cette détermination du « moindre parcours » correspond classiquement au principe de Fermat gouvernant la réfraction, et la solution correspond ici au calcul de l'angle limite, qui tend à être un angle droit lorsque le « coût » d'une crête est très significativement plus élevé que celui de la faille : s'il y a un facteur cent entre les deux coûts linéaires, l'angle de rentrée sera .
Description des failles transformantes vignette|Progression d'une dorsale.
Une faille transformante, parallèle au déplacement relatif des plaques, relie donc deux axes d'expansions (en B et C sur la figure), où la croûte océanique se forme autour de crêtes sensiblement perpendiculaires à cette faille transformante. On peut cependant noter que, pour des vitesses d'expansion plus rapides, les dorsales se résolvent souvent en des failles d'expansion se chevauchant, sans failles transformantes associées..
Sauf anisotropie structurelle au niveau de l'expansion, la croûte océanique s'attache symétriquement de part et d'autre de la dorsale, les deux plaques se séparant donc, par rapport à un point situé dynamiquement sur la limite des deux plaques, à des vitesses parallèles à cette faille transformante, de normes égales et de sens opposés. Si l'on rapporte au contraire ce déplacement par rapport à l'une des plaques, la crête se déplace donc vers l'autre plaque, et sa vitesse de déplacement est la moitié de la vitesse de séparation des deux plaques.