On peut lire dans la plupart des ouvrages pédagogiques qu'une plaque océanique âgée sombre verticalement lorsqu'elle entre en subduction (La subduction est le processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque de densité plus faible, en...) "spontanée" sous l'effet de son propre poids (Le poids d'un corps nu ou force de pesanteur est la force exercée sur un corps (de masse m) immobile dans le...). On relie par ailleurs le retrait de la zone de flexure (fosse) - facilité par la traction verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) exercée par la plaque plongeante - à l'extension observée dans l'arc ou l'arrière-arc. Ces concepts ne sont pas validés par les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose,...) cinématiques actuelles qui montrent que toutes les fosses ne "reculent" pas et que celles qui reculent ne sont pas associées à de vieilles plaques océaniques. Contraint par la base de données la plus complète réunie à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux...) (1), un schéma plus réaliste est proposé par l'équipe de Géosciences Montpellier.


Les observations cinématiques, tectoniques et géophysiques réactualisées par rapport à celles qui avaient nourri les modèles conceptuels des années 70 et 80 indiquent que, quel que soit le référentiel choisi, les fosses océaniques sont extrêmement mobiles avec des vitesses pouvant atteindre 15 cm/an en recul (vers l'océan) et 10 cm/an en avancée (vers l'arc), la moyenne (Il y a plusieurs façon de calculer une moyenne d'un ensemble de nombres. Celle qu'il convient de retenir dépend de la...) avoisinant le centimètre (Un centimètre (symbole cm) vaut 10-2 = 0,01 mètre.) par an en recul. Deuxième constat: ce sont les plaques jeunes qui reculent, et donc les vieilles qui avancent. Troisième constat: l'extension ou la compression de la plaque supérieure n'est pas corrélée au mouvement absolu de la fosse. Par exemple, la fosse des Mariannes avance alors qu'un bassin d'arrière-arc s'ouvre tandis que celle du Chili recule avec une cordillère (Une cordillère est une chaîne de montagnes allongée et étroite résultant généralement de la rencontre de deux plaques...) qui se raccourcit. Quatrième constat: il n'y a aucune relation entre l'âge de la plaque en subduction et son pendage. La plaque Pacifique Crétacé s'enfonce par exemple avec un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) faible inférieur à 30° sous le Japon (2).

Ces nouvelles observations ouvrent un large champ de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de...) pour une meilleure prise en compte des mouvements de fosses dans les processus dynamiques associés aux zones de subduction. Celles-ci ne peuvent plus être modélisées comme des frontières de plaques fixes mais comme des systèmes en équilibre avec le manteau environnant faisant l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois...) d'interactions complexes. Le premier défi à relever est la mise en évidence de processus responsables de l'avancée d'une plaque plongeante plus dense que le manteau dans lequel elle s'enfonce.

Dans un article qui vient de sortir dans la revue Tectonics[i] [i](3), Serge Lallemand et collaborateurs proposent une approche mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies,...) visant à équilibrer les moments de "pliage" (la gravité) ou de "résistance au pliage" (la rigidité) de la plaque. Sans oublier que le manteau au sein duquel subduit la plaque est un milieu visqueux qui peut aider ou retenir selon que le panneau avance ou recule. En effet, le manteau, siège de mouvements propres et induits, joue un rôle "actif " ou "résistant" par rapport aux plaques lithosphériques qu'il importe de prendre en compte dans le schéma dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé...) du système. On peut dire en simplifiant que le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En...) des fosses est fortement contrôlé par l'âge de la plaque en subduction - les plaques jeunes se pliant plus facilement -, et que la déformation aux bordures de plaques n'est que la résultante du mouvement différentiel (Un différentiel est un système mécanique qui a pour fonction de distribuer une vitesse de rotation de façon adaptative...) de la fosse et de la plaque supérieure.


Ce nouveau concept, né de considérations statistiques et mécaniques, a été validé en réalisant des simulations numériques dans lesquelles l'hydratation du "coin" mantellique a été prise en compte (4). Même tendance, mêmes mouvements, mêmes vitesses et même type de déformation dans la plaque supérieure viennent confirmer par une démarche indépendante la cohérence du modèle avec les observations. Ce type de modélisation qui intègre à la fois des aspects cinématiques, mécaniques et compositionnels permet d'aborder la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en...) des rétroactions, notamment en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont...) de cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) des processus. C'est ainsi que Diane Arcay et collaborateurs ont pu suivre l'évolution de zones de subduction caractéristiques sur le long-terme présentant de fortes similitudes avec les systèmes naturels.


Notes:

(1) Base de données "Subduction zones" tous les 200 km le long des fosses d'après Heuret A. et Lallemand S., Plate motions, slab dynamics and back-arc deformation ; Phys. Earth Planet Int., 149, 31-51, 2005.
(2) Lallemand S., Heuret A. and Boutelier D. - On the relationships between slab dip, back-arc stress, upper plate absolute motion and crustal nature in subduction zones; Geochem. Geophys. Geosyst., 6, 1, doi:10.1029/2005GC000917.
(3) Lallemand, S., A. Heuret, C. Faccenna, and F. Funiciello (2008), Subduction dynamics as revealed by trench migration, Tectonics, 27, TC3014, doi:10.1029/2007TC002212.
(4) Arcay, D., Lallemand S., and Doin M.-D. - Back-arc strain in subduction zones: Statistical observations vs. numerical modeling- Geochem. Geophys. Geosyst., 9, Q05015, doi:10.1029/2007GC001875.