Des fosses océaniques qui reculent puis avancent en vieillissant
Publié par Michel le 01/12/2009 à 00:00
Source: CNRS / INSU
Illustrations: © Faccena et al. 2009
Les fosses océaniques formées par la subduction de plaques plongeant dans le manteau sont-elles immuables? Dans une étude à paraître dans Earth and planetary Science Letters, une équipe de chercheurs Italiens, Français et Britanniques montre que la fosse d'Izu-Bonin-Mariannes, située dans le Pacifique, est un exemple emblématique de fosse qui progresse vers les îles, après avoir été en recul pendant plusieurs millions d'années. Ce résultat conduit à réviser notre conception de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des fosses de subduction (La subduction est le processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque de densité plus faible, en général une plaque océanique sous une...) à l'échelle de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour...).

Les fosses de subduction sont formées par la flexion des plaques océaniques qui sombrent dans le manteau terrestre. Au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), un plaque océanique devient plus épaisse, plus lourde si bien qu'elle doit, en quelque sorte, sombrer plus rapidement en vieillissant, ce qui revient à dire que la charnière liée au ploiement et donc la fosse doivent reculer au cours du temps (processus appelé rollback). Or, en 2005 puis en 2008, sur la base de données (En informatique, une base de données (Abr. : « BD » ou « BDD ») est un lot d'informations stockées dans un dispositif...) cinématiques, des chercheurs (dont certains auteurs de l'article) ont montré que cette idée selon laquelle les fosses océaniques étaient ainsi condamnées à reculer sous l'effet du poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la...) de la plaque en subduction devait être révisée.


Carte du Pacifique Ouest. Les couleurs indiquent l'âge du plancher océanique en millions d'années
obtenu par les méthodes paléomagnétiques. Les flèches indiquent le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense...) des fosses
selon deux référentiels (les flèches grises prennent comme référence les points chauds du Pacifique,
les blanches les points chauds Indo-atlantiques).

En effet, en estimant par GPS depuis la côte la position des fosses par rapport à un référentiel profond comme par exemple un groupe de volcans de points chauds, on observe aujourd'hui que 20 à 50% des fosses avancent par rapport au manteau profond au lieu de reculer. Ce qui revient à dire que la plaque en subduction se déroule devant elle dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant...) de son déplacement. Les subductions à l'Ouest du Pacifique en sont une parfaite illustration, et en particulier les fosses de la Sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la...), des Tonga (Le royaume des Tonga est un État de Polynésie, dans l'océan Pacifique, à environ 650 km à l'est des îles Fidji, comportant plus de 170 îles et îlots, répartis en trois archipels...) ou Izu-Bonin-Mariannes au sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) du Japon (cf figure). Les flèches représentent les mouvements absolus des fosses suivant deux référentiels extrêmes: les points chauds Pacifique en gris et les points chauds indo-atlantiques en blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image...). On voit ainsi que les fosses de la Sonde, des Tonga ou Izu-Bonin-Mariannes au Sud du Japon, sont toutes en avancée à des vitesses parfois supérieures à 5 cm/an.


Cette simulation montre le déplacement de la fosse au cours du temps pour une plaque en
subduction de plus en plus âgée.. On note (en blanc) l'âge de la plaque océanique qui arrive
à la charnière à une époque donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.). Dans ce cas on note aussi que la plaque plongeante
se replie en profondeur au cours du temps.

Comment expliquer qu'une plaque dense coulant dans le manteau voit sa charnière animée d'un mouvement prograde vers la plaque supérieure ? Pour répondre à cette question, Claudio Faccenna et ses collaborateurs se sont intéressés à la fosse Izu-Bonin-Mariannes qui borde la plaque Philippines (La République des Philippines est un pays constituée d'un archipel de 7 107 îles dont onze d'entre elles totalisent plus de 90 % des terres et un peu plus de...) à l'Est et qui a la particularité d'avoir subi ces derniers millions d'années un changement majeur de sa cinématique (En physique, la cinématique est la discipline de la mécanique qui étudie le mouvement des corps, en faisant abstraction des causes du mouvement (celles-ci sont généralement...) depuis un mouvement rétrograde ( On dit d'un objet du système solaire qu'il a un mouvement rétrograde s'il effectue une révolution autour de son corps. Le terme rétrograde est synonyme d'arriéré, dépassé,...) (rollback) depuis sa naissance il y a 55 Ma, jusqu'à un mouvement prograde durant les 5 derniers Ma.

D'après les données paléomagnétiques, utilisées pour la datation du plancher océanique et le suivi de sa cinématique, cette plaque (Philippines) est née près de l'Equateur à l'Eocène (vers 55 millions d'années) et n'a cessé depuis lors de croître par extension arrière-arc (1) en subissant une rotation horaire tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en dérivant vers le nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) jusqu'à sa position actuelle. C'est seulement très récemment qu'elle s'est mise à pivoter de manière antihoraire comme l'indiquent les données GPS. Les auteurs se sont aperçus qu'en reconstruisant l'âge de la plaque Pacifique en subduction au niveau de la fosse IBM (International Business Machines Corporation (IBM) est une société multinationale américaine présente dans les domaines du matériel informatique, du logiciel et des services informatiques.) au cours du temps, celui-ci n'a fait qu'augmenter jusqu'à aujourd'hui depuis un âge moyen de 50 Ma à l'Eocène jusqu'à 140 Ma de nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa durée...). En d'autres termes, la fosse Izu-Bonin-Mariannes a reculé tant que l'âge de la plaque en subduction était inférieur à 100-120 millions d'années et s'est mise à avancer lorsque l'âge a dépassé cette valeur. Ils ont mis en évidence que le changement de mouvement s'était produit depuis le Sud vers le Nord au cours du temps en suivant la distribution de l'âge de la plaque le long de la fosse.

L'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très...) selon laquelle l'âge croissant de la plaque en subduction est d'abord accompagné d'un régime cinématique rétrograde de la fosse puis prograde à partir d'un certain seuil, confirme les expériences analogiques menées par Nicolas Bellahsen et collaborateurs (2005), le rôle central de la résistance au pliage pour des plaques âgées mis en évidence par Serge Lallemand et collaborateurs (2008) et les modèles numériques réalisés par Erika (L'Erika, un pétrolier battant pavillon maltais (pavillon de complaisance) construit en 1975 et affrété par la société Total-Fina-Elf, a fait naufrage le 12 décembre 1999 au large de la Bretagne, lors d'un...) di Giuseppe et collaborateurs (2009). Jamais par le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des temps centrée sur le...), les plaques océaniques n'ont été aussi âgées en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble...) à leur périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une...), ce qui pourrait signifier que jamais par le passé la proportion de fosses en avancées n'a été aussi grande. Ce constat est extrêmement important dans l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) de l'évolution de la dynamique interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...).


Note:
(1) Extension arrière arc. Lorsque qu'une subduction se met en place loin d'un continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens terra, les « terres continues ». Au...), un chapelet (arc) d'îles volcaniques apparaît. La région située derrière l'arc au dessus de la plaque en subduction peut subir un étirement avec formation d'une dorsale et production de croûte océanique. C'est le cas au sein de la plaque Philippines. On parle alors de bassin arrière arc.
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