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On distingue généralement trois types principaux de systèmes hydrothermaux : magmatiques, sédimentaires, météoriques. Cette classification est basée sur la nature des fluides qui alimentent le système hydrothermal et sur la localisation de la source thermique.


Cette classification est basée sur la nature des fluides qui alimentent le système hydrothermal et sur la localisation de la source thermique. Dans le cas des systèmes hydrothermaux magmatiques, le magma qui se refroidit et qui libère des fluides, est à la fois la source fluide et la source thermique du système. De fait, les systèmes hydrothermaux magmatiques à source unique sont des cas très particuliers. Dans la plupart des systèmes, les sources sont hybrides. Les systèmes hydrothermaux météoriques (ou marins) ont des sources fluide et thermique différenciées. La source fluide est un compartiment amont du cycle de l’eau (eau de surface/eaux de pluie ou eaux marines) et la source thermique assez souvent aussi une intrusion magmatique qui libère également des fluides. Dans ce type de système, il existe un volume chauffant qui est relié aux aires d’alimentation et de décharge par les flux de ses fluides.

Les anomalies peuvent être cartographiées en continu dans les masses océaniques en mesurant diverses paramètres physiques et chimiques : transparence de l’eau, transmissivité des longueurs d’onde de la lumière au travers des couches d’eau. La mesure de paramètres physiques ou de composés chimiques particuliers permettent de décrire la variabilité spatiale ou temporelle des phénomènes hydrothermaux : température, salinité, gaz inertes (l’hélium, 3He, est le marqueur magmatique), les métaux comme Mn (marqueur du lessivage de la croûte par l’eau de mer), H2S qui est aussi un marqueur magmatique,...

Néanmoins, la distinction majeure en termes de provinces et de types de fluides est liée à la distinction entre hydrothermalisme marin et continental.

Hydrothermalisme marin : C’est un hydrothermalisme de type « magmatique ». L’eau de mer s’infiltre et circule dans la croûte océanique. L’ampleur de ce phénomène est telle que l’on admet que la masse totale des océans circule entièrement au travers de la croûte en 600 000 ans et que 90 % de cette masse s’infiltrerait au niveau des dorsales. Or la circulation hydrothermale est responsable de pertes thermiques majeures. Le transfert de l’énergie thermique profonde (véhiculé par convection mantellique) se fait au travers de la croûte jusqu’à l’océan par : (1) conduction des roches et (2) par advection hydrothermale. Et l’advection hydrothermale assurerait à elle seule environ 34 % du flux thermique océanique. Stein et Stein, 1994 estiment ce flux thermique total à 32 1012 W. L’advection hydrothermale représenterait donc 11 1012 W.
La dissipation de la chaleur par l’hydrothermalisme n’est pas homogène sur l’ensemble de la croûte océanique. On observe en fait une zonation de l’activité hydrothermale océanique (Figure 3) :
Dans le voisinage des rides, une activité hydrothermale intense est associée à la présence de sources de chaleur magmatique
De part et d’autre des rides, une circulation hydrothermale « passive » diffuse lentement dans la croûte « jeune » (âge de formation < 65 Ma correspondant à une distance d’environ 650 km d’une ride lente et beaucoup plus s’il s’agit d’une ride rapide)
Au delà de la limite théorique des 65 Ma, le flux thermique en principe se fait par conduction des matériaux de la croûte. L’activité hydrothermale si elle existe n’a plus qu’un rôle de redistribution de la chaleur au sein de la croûte.

L’activité hydrothermale intense se caractérise par : (1) de fortes anomalies thermiques, (2) des dépôts métallifères et des émissions fluides sur le plancher océanique, (3) des manifestations dans la colonne d’eau le recouvrant, (4) des températures de fluide au niveau des points de décharge comprises entre 200 et > 400 °C, (5) des vitesses de flux importantes, et (6) une gitogénèse importante. On peut observer cette activité au niveau des rides rapides (les chambres magmatiques sont dans ce cas les sources de chaleur prédominantes) et au niveau des rides lentes (sur leur flancs, les roches en se refroidissant, lorsqu’elles se contractent suffisamment laissent circuler de grands volumes de fluides hydrothermaux).

La circulation hydrothermale « passive » est mal connue parce que les manifestations superficielles sont difficilement observables. Les anomalies géothermiques sont généralement très faibles ainsi que les flux géochimiques associés. Les températures des fluides aux points de décharge sont inférieures à 200 °C et même souvent à 100 °C. Mais si cette activité n’est pas aussi vigoureuse que la première citée, elle est très étendue et serait responsable de 70 % du flux thermique par advection hydrothermale.

Les systèmes hydrothermaux marins semblent présents dans toutes les régions volcaniques océaniques : rides, arcs insulaires, volcans sous-marins. La géométrie de ces systèmes est toutefois difficile à observer directement comme il est possible de le faire sur les continents.

Cet exemple est représentatif des systèmes hydrothermaux qui donnent naissance aux évents, appelés « fumeurs » (Figures 4 et 5, Tableau 2).
Ces « fumeurs » peuvent être qualifiés de noirs ou blancs. A la sortie des « fumeurs noirs », le fluide se charge de particules sulfurées qui le colore et à la sortie des « fumeurs blancs », le fluide se charge aussi de particules mais leur nature, différente (des sulfates ou des particules siliceuses) l’opacifie. Les « fumeurs » sont des cheminées isolées de petites tailles qui peuvent devenir des tertres lorsque leur taille s’accroît. Elles sont installées à la croisée de fissures très perméables et elles sont constituées d’encroûtements relativement imperméables qui préservent les températures élevées des fluides hydrothermaux. Leur structure interne est faite d’anhydrite et leur manteau externe de précipitation de sulfures.
Tous les « fumeurs » libèrent dans la couche d’eau de mer qui les recouvre des panaches continus de fluides pendant des durées assez longues variant de quelques mois à quelques dizaines d’années. Les panaches s’élèvent par différence de densité, dans les masses d’eau océaniques en fonction de l’intensité du flux source et de la stratification locale des couches d’eau de mer. Leurs sommets peuvent atteindre quelques m et jusqu’à 200-400 m au-dessus des fonds marins.

On observe aussi au-dessus des systèmes hydrothermaux marins, lors d’événements accidentels, des méga-panaches dont la durée de vie est très courte (quelques jours à quelques semaines). Dans ce cas, l’anomalie thermique est faible mais le volume du méga-panache est énorme. Ils sont associés à des périodes de fortes sismicités et à la mise en place de dykes, de laves et à l’apparition de fissures qui leur donne naissance. Leurs compositions chimiques sont différentes de celles des fluides des panaches continus.

Enfin, on a largement étudié un hydrothermalisme "froid", ce qui représente un abus de langage mais permet d’intégrer à la famille de l’hydrothermalisme des circulations qui en ont de nombreux caractères communs, excepté la température. Ce type de circulations de fluides apparaît sur les fonds océaniques sur les surfaces qui bordent les sones de subduction où la plaque océanique s’enfonce sous la plaque continentale. Dans ces zones, les accumulations de sédiments créent les conditions de l’expulsion de larges quantités de fluides dont les sources sont faibles mais sont néanmoins marquées par d’importantes communautés biologiques. Au large du Pérou, on a pu observer, outre des sorties de fluides marquant toute la surface du prisme sédimentaire, un très large champ de plusieurs km2 de surface de grandes colonies et de dépôts de barytine.