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Les Mécanismes et Conséquences de la Subduction

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    • La subduction est un phénomène de convergence lithosphérique. Elle est marquée par la disparition de la lithosphère océanique froide et dense dans l'asthénosphère moins dense, sous une plaque lithosphérique chevauchante (soit continentale : les Andes ou soit océanique : le Japon).

    I - Les mécanismes

    1 - La subduction : conséquence du refroidissement de la lithosphère océanique

    Au cours du temps et au fur et à mesure de son éloignement de la dorsale, la lithosphère océanique change. Lors de sa formation au niveau de la dorsale, la lithosphère, mince et chaude, flotte sur l'asthénosphère car elle est moins dense. A mesure qu'elle vieillit et donc qu'elle s'éloigne de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit. L'isotherme de 1200°C, formant la limite entre la lithosphère rigide et l'asthénosphère, s'enfonce. On considère donc que la lithosphère, en refroidissant, s'épaissit.
    La densité de la lithosphère est une moyenne pondérée de ses deux composantes : la croûte et le manteau. Comme la croûte garde une épaisseur constante, c'est l'épaisseur du manteau qui augmente. Or la densité du manteau est supérieure à celle de la croûte. En vieillissant, la densité de la lithosphère augmente donc. Avec le temps, sa densité finit même par dépasser celle de l'asthénosphère sous-jacente. Elle ne pourra cependant plonger dans l'asthénosphère qu'à la faveur de sa force de compression. Quand la plaque rencontre un obstacle, la force de convergence la pousse à plonger, ce qui marque le début de la subduction. La fosse océanique marquera la zone de flexion de la plaque.

    2 - Devenir de la plaque plongeante

    En s'enfonçant dans l'asthénosphère chaude, la plaque plongeante se réchauffe très doucement du fait de la faible conductivité thermique des roches qui la composent. Elle reste donc rigide et anormalement froide jusqu'à des profondeurs très importantes. De là provient l'anomalie thermique négative caractérisée par la déformation des isothermes.
    Cette rigidité de la vieille lithosphère océanique est attestée à plusieurs centaines de kilomètres de profondeur par la présence de séismes. L'empreinte de la plaque rigide disparaît au-delà de ces profondeurs car aucun séisme n'y est détecté. Cependant, des études de tomographie sismique semblent indiquer que les matériaux plongent jusqu'à l'interface manteau-noyau.

    3 - Les transformations de la plaque plongeante

    Lors de leur enfouissement par subduction, les roches de la plaque plongeante subissent un ensemble de transformations : le métamorphisme. Ceci est lié au fait qu'avec la profondeur, les conditions environnementales changent ; la pression et la température augmentant. En conséquence, les minéraux de ces roches sont déstabilisés. Ils se réorganisent pour former de nouveaux cristaux, mais leur composition chimique globale reste constante.
    On a pu démontrer que la pression était le principal facteur de ce changement. Les schistes bleus apparaissent tout d'abord en profondeur, puis un peu plus en profondeur, les éclogites. Ces roches sont donc qualifiées de roches métamorphiques.

    II - Conséquence majeure : formation de magma et fabrication de croûte continentale

    1 - L'origine des magmas

    Les différences de composition chimique entre la lithosphère océanique plongeante et les granitoïdes (roches plutoniques), qui constituent la roche en profondeur, sont très importantes. Ces granitoïdes sont notamment beaucoup plus riches en minéraux hydratés comme les amphiboles. Les magmas ne peuvent donc pas provenir d'une fusion des matériaux de la plaque plongeante. Ils ont plutôt pour origine une fusion partielle du manteau de la plaque lithosphérique chevauchante. Pourtant, à la profondeur où sont produits ces magmas, la température est insuffisante pour faire fondre les péridotites, du moins si ces roches sont anhydres. Cependant, l'hydratation des péridotites abaissent leur point de fusion.
    Or, la croûte océanique qui subit la subduction est une croûte très hydratée. Lors de leur histoire océanique, les basaltes et les gabbros constitutifs de la lithosphère naissante au niveau des dorsales subissent eux-aussi un métamorphisme. Ainsi, la circulation hydrothermale les modifie et des minéraux verts très riches en eau, tels que la chlorite, apparaissent, donnant aux roches un faciès particulier : celui des schistes verts.
    Le nouveau métamorphisme que subissent les schistes verts en schistes bleus, puis éclogites lors de la subduction, se caractérise par une déshydratation. Ce processus libère donc beaucoup d'eau qui est transférée vers le manteau de la plaque chevauchante. Il y a donc une hydratation des péridotites de la plaque chevauchante, ce qui abaisse leur point de fusion.
    Vers 100 à 150 km en profondeur de l'arc magmatique, les conditions pour la fusion partielle sont réunies et la température est assez haute pour que le point de fusion de la péridotite hydratée soit atteint. Cette fusion partielle du manteau donne naissance aux magmas qui migrent vers la surface.

    2 - Fabrication de croûte continentale

    Les roches plutoniques proviennent de magmas qui ne gagnent pas la surface. Ces magmas forment de gigantesques accumulations en profondeur : les diapirs. Ces diapirs migrent vers la surface sans jamais y parvenir, car leur température n'est pas suffisamment supérieure à celle des matériaux encaissants. Les diapirs cristallisent donc en profondeur en formant les plutons granitiques que l'érosion découvre plusieurs millions d'années après. La permanence de ce phénomène est à l'origine de la création d'une quantité considérable de croûte continentale.
    L'ascension et l'accumulation de ces magmas chauds à la base de la croûte de la plaque chevauchante expliquent l'anomalie positive thermique observée à l'aplomb de l'arc magmatique.

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