Dorsales et zones de subduction : les moteurs de la tectonique des plaques
Plongez au cœur des frontières où la Terre se crée et se détruit, façonnant notre planète en permanence !
Introduction
La surface de la Terre est une mosaïque de plaques rigides en mouvement perpétuel. Mais comment ce mouvement est-il entretenu ? Pourquoi les océans ne deviennent-ils pas gigantesques si de la croûte y est créée ? La réponse réside dans l'étude des frontières de plaques, en particulier les dorsales océaniques, véritables chaînes de montagnes sous-marines, et les zones de subduction, ces fosses abyssales où une plaque plonge sous une autre. Ces deux structures sont les pièces maîtresses du moteur tectonique terrestre.
Si de la nouvelle lithosphère océanique est créée en permanence aux dorsales, pourquoi la surface de la Terre ne gonfle-t-elle pas ?
1🌋 Les dorsales océaniques : usines à lithosphère
Les dorsales océaniques sont des frontières divergentes où deux plaques lithosphériques s'écartent l'une de l'autre. Cet écartement permet la remontée de matériaux chauds du manteau asthénosphérique, qui fondent par décompression pour donner naissance à de la nouvelle lithosphère océanique. C'est le phénomène d'expansion océanique.
Chaîne de montagnes sous-marine, siège d'un volcanisme intense, correspondant à une frontière divergente de plaques où se forme la lithosphère océanique.
Le taux d'expansion (vitesse d'écartement des plaques) varie d'une dorsale à l'autre, influençant directement la morphologie de la dorsale (plus ou moins large, avec ou non une vallée axiale profonde).
Caractéristiques géologiques et géophysiques des dorsales :
- Topographie : Relief élevé (2500 à 3000 m au-dessus des plaines abyssales) avec souvent un rift axial, une vallée étroite et profonde au sommet.
- Volcanisme : Intense et permanent, produisant des basaltes en coussins (pillow-lavas) caractéristiques d'un refroidissement rapide dans l'eau.
- Activité sismique : Nombreux séismes superficiels (moins de 10 km de profondeur) de faible magnitude, liés aux failles normales de l'extension.
- Flux thermique : Très élevé au niveau de la ride, témoignant de la remontée de matériaux chauds.
- Anomalie magnétique : Les basaltes, en se refroidissant, enregistrent le champ magnétique terrestre de l'époque. Cela crée des bandes d'aimantation parallèles à la dorsale, symétriques de part et d'autre, qui sont la preuve directe de l'expansion.
2⚡ Les zones de subduction : le recyclage de la lithosphère
Face à la création permanente de lithosphère, il existe un mécanisme compensatoire : la subduction. C'est le processus par lequel une plaque lithosphérique, généralement océanique car plus dense, plonge sous une autre plaque (océanique ou continentale) et s'enfonce dans le manteau. C'est une frontière convergente destructive.
Processus géodynamique au cours duquel une plaque lithosphérique océanique s'incurve et plonge sous une autre plaque, pour être recyclée dans le manteau terrestre.
Les zones de subduction présentent une association caractéristique de phénomènes géologiques, observable sur plusieurs centaines de kilomètres :
- La fosse océanique : Dépression linéaire et très profonde (jusqu'à -11 000 m), marquant le point de flexion et le début de la plongée de la plaque.
- Un prisme d'accrétion : Accumulation de sédiments arrachés à la plaque plongeante, déformés et accolés à la plaque chevauchante.
- Un arc volcanique : Chaîne de volcans explosifs (andésitiques) située à environ 200-300 km de la fosse, en arrière de celle-ci. Le magma est généré par la déshydratation de la plaque plongeante qui hydrate le manteau sus-jacent et abaisse son point de fusion.
- Une activité sismique intense : Les séismes définissent le plan de Wadati-Benioff, qui matérialise la plaque froide et cassante qui s'enfonce, pouvant atteindre 700 km de profondeur.
Représentation en coupe d'une plaque océanique subduite sous une plaque continentale, montrant les éléments clés.
- 1. Plaque océanique plongeante
- 2. Fosse océanique
- 3. Prisme d'accrétion
- 4. Arc volcanique
- 5. Plan de Wadati-Benioff (séismes)
La subduction est possible car la lithosphère océanique vieillissante se refroidit, s'épaissit et devient plus dense que l'asthénosphère sous-jacente. Cette densité négative (poussée d'Archimède dirigée vers le bas) est le moteur principal de la plongée.
3🔄 Le cycle de la lithosphère océanique
Dorsales et zones de subduction ne sont pas des entités indépendantes mais les deux extrémités d'un cycle. La lithosphère océanique naît à la dorsale, vieillit en s'éloignant (elle se refroidit, s'épaissit, s'enfonce), et finit par être recyclée dans le manteau au niveau d'une zone de subduction. Sa durée de vie est limitée à environ 200 millions d'années.
Ce cycle est essentiel pour comprendre :
- La taille constante des océans : Le volume créé aux dorsales est compensé par le volume détruit en subduction.
- La répartition des âges des fonds océaniques : Les fonds les plus jeunes sont près des dorsales, les plus vieux près des zones de subduction.
- Le bilan thermique de la Terre : La subduction recycle dans le manteau des plaques froides, participant à la convection mantellique qui elle-même alimente les dorsales.
L'océan Pacifique est entouré d'une « ceinture de feu » correspondant à des zones de subduction (côtes des Amériques, Aléoutiennes, Japon, Philippines, Nouvelle-Zélande). La dorsale Pacifique-Est crée de la lithosphère au centre, qui est consommée sur ses bords, expliquant pourquoi cet océan se réduit actuellement.
Le modèle de la tectonique des plaques est un système global où création et destruction de lithosphère sont couplées. Les mouvements des plaques sont à la fois la cause et la conséquence des phénomènes aux dorsales et dans les zones de subduction.
Vocabulaire
Processus de création de lithosphère océanique au niveau des dorsales, par remontée, fusion et refroidissement du manteau.
Ex: L'expansion au niveau de la dorsale médio-atlantique éloigne l'Amérique de l'Europe et de l'Afrique.
Vallée étroite et profonde située au sommet de nombreuses dorsales, résultant de l'étirement et de l'affaissement de la lithosphère naissante.
Ex: Le rift de la dorsale médio-atlantique est clairement visible sur les cartes bathymétriques.
Variations de l'intensité du champ magnétique terrestre mesurée au-dessus du plancher océanique, formant des bandes symétriques par rapport à la dorsale.
Ex: La carte des anomalies magnétiques de l'océan Pacifique est une preuve historique de l'expansion océanique.
Dépression linéaire, étroite et très profonde des fonds marins, marquant la surface de contact entre deux plaques au début d'une zone de subduction.
Ex: La fosse des Mariannes, avec ses -11 034 m, est la plus profonde du globe.
Alignement de volcans généralement explosifs, parallèle à une fosse de subduction et situé sur la plaque chevauchante.
Ex: La cordillère des Andes est un arc volcanique continental lié à la subduction de la plaque de Nazca.
Surface inclinée définie par la localisation des foyers sismiques dans une zone de subduction, matérialisant la plaque plongeante.
Ex: La sismicité le long du plan de Wadati-Benioff sous le Japon permet de tracer la plaque Pacifique qui plonge.
Édifice sédimentaire formé par le raclage et l'empilement des sédiments de la plaque plongeante contre la plaque chevauchante.
Ex: Le prisme d'accrétion de la Barbade est un exemple classique étudié par forage.
Mécanisme de genèse du magma en subduction : l'eau libérée par la plaque plongeante hydrate le manteau, abaissant son point de fusion et provoquant sa fusion partielle.
Ex: C'est la fusion par déshydratation qui produit les magmas andésitiques typiques des arcs volcaniques.
