Subduction - Définition

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 plaque continentale ou sous une plaque océanique plus récente.

Au cours de la divergence océanique, une lithosphère (La lithosphère (littéralement, la « sphère de pierre ») est la partie superficielle...) océanique, devenue froide et dense avec le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), va finir par se décrocher, soit d'une marge continentale qui lui est associée, soit d'une autre lithosphère océanique. La solution la plus fréquente à ce détachement est la descente de l'une des plaques(tirée par son propre poids) sous l'autre, la convergence (Le terme de convergence est utilisé dans de nombreux domaines :) débute alors et se manifeste par un phénomène que l'on appelle la subduction (La subduction est le processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque de...). Les séismes profonds et très profonds s'alignent le long de la plaque descendante (appelée slab) et montrent qu'elle peut plonger dans l'asthénosphère (L'asthénosphère (du grec asthenos, sans résistance) est la partie ductile du manteau terrestre,...) sur plusieurs centaines de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...).

Manifestations de la subduction

La subduction est le processus permettant la disparition de la plaque océanique ancienne. Par conséquent, elle joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) un rôle important dans le renouvellement des fonds océaniques.

Marqueurs de la subduction

Activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) volcanique et séismes

Les séismes et les volcans ont une activité intense le long des zones de convergence aussi appelées marges actives. On les retrouve essentiellement autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) du Pacifique (ceinture de feu), au niveau des Antilles (Les Antilles sont un vaste archipel situé dans la mer des Caraïbes. L'archipel forme un...), mais également en Italie et en Indonésie (L'Indonésie, officiellement la République d'Indonésie (en indonésien Republik...). De plus, le volcanisme est de type explosif (Un explosif est un composé chimique défini ou un mélange de corps susceptibles lors...) car son magma est chargé de silice (La silice est constituée de dioxyde de silicium, un composé chimique qui entre dans la...) ainsi que de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...).

Relief (Le relief est la différence de hauteur entre deux points. Néanmoins, ce mot est souvent employé...) et déformation

Une fosse étroite et profonde existe tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) le long de la bordure où une plaque commence à s'enfoncer sous l'autre. Cette fosse est dissymétrique et est responsable d'une anomalie gravimétrique négative. A environ 100-150 km de la fosse, sur la plaque chevauchante, se trouve une chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de volcans situés soit :

• sur le rebord d'un continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens...) (cordillère) ;
• comme une suite d'îles volcaniques disposées en arc (arcs insulaires - Japon, Antilles, etc.).

Sur le côté chevauchant de la fosse, les sédiments océaniques continuellement apportés par la plaque chevauchée sont "rabotés", considérablement déformés et entassés en écailles superposées. Failles inverses, plis faillés et zones de chevauchements témoignent d'un raccourcissement important dans un prisme d'accrétion (L'accrétion désigne en astrophysique, en géologie et en météorologie l'accroissement par...) (comme les Barbades).

Enfoncement de la lithosphère océanique

Foyers sismiques

Les foyers sismiques sont de plus en plus profonds sous la plaque chevauchante depuis la fosse vers l'arc insulaire (Un arc insulaire est, en géographie, un archipel créé par la subduction d'une plaque tectonique...) et au-delà.

Ils s'inscrivent sur un plan incliné (le plan de Benioff), dont l’angle varie selon le type et l'âge de la plaque subduite, ainsi que la vitesse (On distingue :) de convergence.

Plusieurs phénomènes sont responsables de cette séismicité

Anomalies thermiques

On observe une distribution inégale du flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...). Les isogéothermes s'infléchissent, ce qui matérialise un plongement de ses isogéothermes. Ces anomalies thermiques et foyers sismiques profonds matérialisent la plongée de la lithosphère au niveau de l'affrontement des deux plaques. Ces anomalies sont de types négatives au dessus de la fosse et positives au dessus de l'arc volcanique.

Remarque : Les techniques d'anomalie thermique ont permis de mettre en évidence le fait que le slab (Le mot anglais slab, équivalent des mots français "plaque" ou "tranche" , est devenu usuel en...) se prolonge bien plus profondément dans le manteau (terre) que ce que l'on avait pu mettre en évidence avec le plan de Benioff (limité à environ 670km).

Anomalies gravimétriques

Les mesures du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) terrestre furent entreprises par Pierre Bouguer au XVIIIe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui...) déjà. Ces mesures avaient permis de réaliser que la distribution des masses rocheuses n'est pas uniforme en profondeur. De ces mesures est aussi née la notion d'isostasie, selon laquelle les masses lithosphériques "flottent" sur une asténosphère selon la loi d'Archimède (Archimède de Syracuse (en grec ancien :...). C'est le Hollandais Vening-Meinesz qui en 1923 découvrit des anomalies gravimétriques importantes au niveau de la fosse au large de l'Indonésie alors qu'il procède à des mesures avec un gravimétre à bord d'un sous-marin (Un sous-marin est un navire capable de se déplacer dans les trois dimensions, sous la surface de...). Il en conclut une flexuration à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...) de la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre....) à cet endroit et que cette croûte avait donc des propriétés élastiques.

Moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) responsable de cet enfoncement

La différence de densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) entre la lithosphère océanique augmentant avec l'âge et celle d'une asthénosphere qui croît moins vite (vers 100 millions d'années la lithosphère devient plus dense que l'asthénosphère) est le principal moteur de la subduction. En effet, plus la lithosphère s'éloigne de la dorsale(lieu de création de la lithosphère) plus sa température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) diminue et plus sa densité augmente donc elle devient plus lourde et a tendance a s'enfoncer.

Affrontement de deux plaques différentes

Lithosphère continentale contre lithosphère océanique

C'est toujours la plaque océanique qui plonge sous la plaque continentale car elle est plus dense (environ 3,3 pour 2,7). L'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) d'inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite...) du plan de Wadati-Benioff est faible. Ce plan est matérialisé par la présence de nombreux foyers sismiques le long de la plaque subduite. Il y a formation d'une chaîne de montagnes volcaniques, ou d'un arc d'îles volcaniques, sur la plaque continentale (on la nomme cordillère). Ces volcans sont le plus souvent de type andésitique ou rhyolitique (les laves sont plus acides que celles que l'on trouve au niveau des dorsales océaniques) qui sont explosifs car les laves contiennent un taux élevé de SiO2 ce qui les rend visqueuses (les gaz ont plus de difficulté à s'échapper).

Remarque : La rencontre de deux plaques continentales entraine une subduction et ensuite une zone de collision comme par exemple pour les Alpes précédées de l'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau...) alpin.

Lithosphère océanique contre Lithosphère océanique

La plaque la plus vieille donc la plus dense plonge sous la plaque plus jeune. Le plan de Wadati Benioff est très pentu. Il y a formation d'un arc insulaire et d'un bassin arrière-arc.

Conséquences liées à cet affrontement

Dans les zones de subduction, les roches magmatiques que l'on trouve au niveau de la plaque subductée sont des basaltes, des gabbros, et des péridotites. On y trouve aussi des sédiments.

Transformations minéralogiques (métamorphisme)

Modalités de transformation des minéraux

Les différents minéraux se forment à des conditions de température et de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) précises. La lithosphère, en s'enfonçant, va se trouver confrontée à de nouvelles conditions : l'augmentation de la pression, mais peu d'augmentation de la température.

La plaque qui s'écarte de la dorsale subit un refroidissement, une hydratation (L'hydratation désigne plusieurs phénomènes liés à l'eau.), mais peu d'augmentation de la pression.

Des minéraux vont se trouver dans un état instable du fait du changement de ces conditions de température et de pression. Cela va donc entraîner une modification de ces minéraux. Mais, comme ces modifications vont se faire à l’état solide, on parle de métamorphisme. De gabbro, on parle de métagabbro.

• Transformations liées à la baisse de température, hydratation et basse pression :

gabbro : plagioclases (anorthite) + H₂0 ==> plagioclases récents + amphibole + pyroxène (augite)+ olivine (Une olivine est un minéral du groupe des silicates, sous-groupe des nésosilicates. Elle...) ==> hornblende : faciès schiste (Un schiste est une roche qui a pour particularité d'avoir un aspect feuilleté, et de se...) vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde...)

• Au niveau de la croûte subductée :

• • La croûte s'enfonce. Il y a donc une augmentation de la pression et peu d'augmentation de la température. La pression va chasser l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) des minéraux.

Actinote + Chlorite + Plagioclase - H₂0 ==> Amphibole : glaucophane : faciès schiste bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs...).

• • En continuant à s'enfoncer :

Amphibole - H₂0 ==> Amphibole + Jadéite (La jadéite est un minéral de la famille des silicates, classe des inosilicates, groupe...) (pyroxène) + grenat : faciès éclogites

Du fait de l'augmentation de la pression, on assiste à une évolution minéralogique qui transforme le contenu des roches et leur aspect. Des gabbros (dorsale), transformés en métagabbros, que l'on retrouve au niveau du faciès schiste vert, schiste bleu, éclogite.

Remarque : Le facies éclogitique, témoignant d'un métamorphisme de Haute pression et Haute température, sont en général les marqueurs d'une subudction continentale, c’est-à-dire, que la marge continentale, attachée à la lithosphère océanique subduite, a elle aussi subi une subduction.

Conséquences de la subduction et du métamorphisme associé

Tout d'abord, les marqueurs métamorphiques, sont de très bon indices de terrain pour connaitre l'histoire d'un site donné. En identifiant (En informatique, on appelle identifiants (également appelé parfois en anglais login) les...) des roches caractéristiques tels les schistes bleus de l'île (Une île est une étendue de terre entourée d'eau, que cette eau soit celle d'un cours d'eau, d'un...) de groix (L'île de Groix (Enez Groe en breton, prononcé Iniz Groe en breton vannetais) est une...), on peut ainsi comprendre que le lieu observé était autrefois une zone de subduction... revenue à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) plus tard, grâce à l'érosion.

Cependant, le phénomène de subduction aboutit, à terme, au recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui...) de la croûte océanique, dans le manteau (terre). Ainsi par exemple, la plus vieille croûte océanique encore présente sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) date du Jurassique (au large du Japon). Ce qui ne signifie pas qu'il n'y avait pas de croûte océanique avant le Jurassique : les croûtes océaniques plus anciennes ont en fait été entierement recyclées par subduction. Ceci pose alors de nombreux problèmes aux géologues voulant étudier la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) des plaques lithospheriques au cours des temps anciens, car les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) contenues par les croûtes océanique de l'époque, sont à la fois perdues par l'enfouissement de ses roches, et par le métamorphisme qui les affecte.

Formation de magma

L'eau se trouve libérée dans les péridotites du manteau situé au-dessus du plan de subduction. Ces péridotites se trouvent donc hydratées.

Le diagramme (Un diagramme est une représentation visuelle simplifiée et structurée des concepts, des idées,...) pression/température montre que le point de fusion (Le point de fusion' ou la température de fusion d'un corps représente la température...) d'une péridotite hydratée, est plus bas que celui d'une péridotite sèche. Le géotherme coupe la courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du...) du solidus entre -80 et -200 km. Dans cette zone, on peut donc avoir des péridotites qui entrent en fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état...) dans des températures inférieures à 1000°C. Il y a donc formation d'un magma. Ce magma plus léger a tendance à remonter dans les roches encaissantes, soit rapidement : volcanisme andésitique : formation d’andésite ou de rhyolite ; soit plus lentement : une roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce...) grenue : granodiorite. C'est pourquoi les volcans sont disposés et alignés parallèlement à la marge. Ils sont de type éruptif violent (on parle de volcanisme explosif).

Zones de subduction

Une grande partie des zones de subduction actuelles sont réparties autour de l'océan Pacifique (L'océan Pacifique, qui s'étend sur une surface de 180 000 000 km², est l'océan le...), appelé la "ceinture de feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation...)", qui court depuis la Patagonie (La Patagonie (en espagnol et en anglais : Patagonia), également appelée Le Grand...) jusqu'en Alaska, puis du kamchatka aux philippines (La République des Philippines est un pays constituée d'un archipel de...). Elle implique les plaques Pacifique, Nasca, Coco et Juan de Fuca. On compte également:

• la subduction de la plaque de Nazca sous la cordillère (Une cordillère est une chaîne de montagnes allongée et étroite résultant généralement de la...) des Andes ;
• la subduction du bassin de la Mer de Chine Méridionale (La mer de Chine méridionale (en chinois : Nan Hai ?? / ??, soit littéralement: « mer...) sous l'île de Luzon (Philippines) au niveau de la fosse de Manille (Manille (en tagalog, Lungsod ng Maynila ; en anglais, Manila) est la capitale des Philippines.). Cette subduction est à l'origine du volcanisme encore présent sur l'arc de Luzon aujourd'hui (éruption du Mont Pinatubo (Le Pinatubo est un stratovolcan actif situé dans l'ouest de l'île de Luçon aux...) en 1991)
• la subduction de la marge indonésienne de l'océan Indien (L’océan Indien s'étend sur une surface de 75 000 000 km². Il est limité au nord...), à l'origine du séisme et du tsunami (Un tsunami (japonais : ? tsu, « port » et ? nami, « vague ») est une...) du 26 décembre 2004 ( plus de 250 000 morts).