La dynamique des zones de subduction : cours de Première SVT

Tu connais déjà la structure du globe, la lithosphère découpée en plaques et le fonctionnement des dorsales. Dans ce chapitre sur la dynamique interne, une question reste ouverte : si les dorsales fabriquent sans cesse du plancher océanique, où part-il ?

Prends une comparaison simple. Imagine un tapis roulant qui sort de la matière neuve à une extrémité. Si rien ne l'évacuait à l'autre bout, la pièce finirait par déborder. La Terre se comporte comme une pièce de taille fixe : il faut donc un endroit où le plancher océanique est détruit. Ce lieu, ce sont les zones de subduction. Dans ce cours, tu vas voir comment elles fonctionnent, ce qu'elles produisent (séismes, volcans, roches, minerais) et pourquoi elles jouent un rôle moteur dans les mouvements des plaques.

Au niveau des dorsales océaniques, les plaques s'écartent et du plancher océanique est fabriqué : la surface des océans augmente donc à cet endroit. Comme la surface de la Terre reste constante et que son volume ne varie pas de façon notable au cours des temps géologiques, une quantité équivalente de plancher doit disparaître ailleurs. Cela se passe dans les zones de subduction, où les plaques océaniques s'enfoncent à l'intérieur du globe.⁵

Cette destruction explique aussi un fait frappant. Les plaques océaniques naissent aux dorsales, là où de la matière venue du manteau se solidifie, puis elles replongent dans le manteau aux zones de subduction. Résultat : on trouve très peu de lithosphère océanique de plus de 180 millions d'années, alors que la Terre en a environ 4,5 milliards.⁴ Le fond des océans est donc un matériau jeune, constamment recyclé.

Le programme demande de savoir décrire la morphologie d'une zone de subduction et de la comparer à celle d'une dorsale.¹ Retiens d'abord l'opposition de fonctionnement : à la dorsale, les plaques divergent et de la lithosphère océanique est produite ; à la zone de subduction, les plaques convergent et de la lithosphère océanique disparaît.¹⁵

La limite visible en surface entre les deux plaques est une fosse de subduction : c'est à partir d'elle que les foyers sismiques s'approfondissent sous la plaque chevauchante.⁵

La subduction s'accompagne d'une forte activité sismique et volcanique.⁵ Les zones de subduction abritent même les séismes les plus violents : celui du sud du Chili, en 1960, de magnitude 9,5, a été le plus fort survenu depuis un siècle.⁵

Ce plan matérialise la plaque plongeante : c'est elle, rigide et cassante par endroits, qui subit les ruptures. Les séismes permettent donc de « voir » la plaque s'enfoncer, même si elle est invisible depuis la surface. La pente de ce plan change selon la zone étudiée : elle est presque verticale sous les îles Mariannes, alors qu'elle est quasi horizontale sous certaines portions de la Cordillère des Andes, par exemple dans le nord du Pérou.⁵

Si la plaque océanique disparaît dans le manteau, pourquoi trouve-t-on des volcans à la surface de la plaque chevauchante ? Le programme associe deux idées : la lithosphère océanique s'enfonce et disparaît à l'aplomb des zones de subduction, et un magmatisme apparaît en même temps dans la plaque chevauchante.¹ Les deux phénomènes sont liés.

Le magma produit remonte ensuite vers la surface. Les volcans de subduction émettent le plus souvent des laves de type andésitique, de signature chimique dite calco-alcaline.⁵ Tu n'as pas besoin d'en connaître toutes les roches : le programme ne demande pas d'exhaustivité sur les roches des zones de subduction, seulement celles qu'il cite.¹

Un exemple actuel est l'arc volcanique occidental des Petites Antilles, daté de moins de 5 millions d'années.⁵

Depuis la fin des années 1960, la théorie de la tectonique des plaques s'est imposée. Une question est pourtant restée longtemps ouverte : quelles forces mettent les plaques en mouvement ? Deux points de vue se sont opposés. Pour les uns, le moteur se trouve dans les zones de subduction, là où les plaques océaniques plongent dans le manteau.⁴

Des chercheurs ont simulé ensemble les plaques et le manteau, comme un système unique. Résultat : la tectonique des plaques apparaît comme la face visible, en surface, de la convection du manteau. Les zones de subduction y correspondent aux grands courants froids qui descendent. En face, de grands courants chauds montent depuis les profondeurs.⁴ Dans la plupart des cas, le manteau gêne le mouvement de la plaque au lieu de l'entraîner. La cause du déplacement se trouve donc en surface, là où la plaque qui plonge tire toute la plaque derrière elle.⁴

Une autre source donne un ordre de grandeur : la gravité qui s'exerce sur les dalles denses fournirait environ 90 % de la force motrice de la tectonique des plaques.⁶

Pour reproduire une subduction, on peut faire une expérience analogique. Le dispositif tient dans un bac transparent d'un mètre de côté et de 10 cm de hauteur, qui représente 6600 km sur 6600 km et 660 km de profondeur dans la nature. On le remplit de sirop de glucose, qui joue le rôle du manteau, et on dépose dessus une plaque de silicone, matériau visqueux analogue à une plaque océanique.³ Un modèle ne prouve rien tout seul, mais il permet de tester des idées sur des phénomènes trop lents ou trop profonds pour être observés.

Jusqu'ici, la plaque plongeante portait de la lithosphère océanique. Que se passe-t-il quand elle entraîne un continent avec elle ?

Cette plongée a une limite. Au-delà de 100 km, la lithosphère continentale cesse de s'enfoncer. Les contraintes compressives deviennent alors fortes : la croûte continentale se découpe en écailles tectoniques qui se détachent du manteau, ce qui est l'origine des chaînes de collision. Il arrive aussi que la lithosphère océanique chevauche la lithosphère continentale, ce qui est l'origine des chaînes d'obduction.⁵

Une grande partie des zones de subduction actuelles entourent l'océan Pacifique, surnommé la « ceinture de feu ». Cette ceinture court de la Patagonie à l'Alaska, puis du Kamtchatka aux Philippines, et met en jeu les plaques Pacifique, Nazca, Coco et Juan de Fuca.⁵

Les subductions du passé laissent des traces dans les roches. Les schistes bleus de l'île de Groix en sont un exemple : ces roches métamorphiques montrent que le lieu a été une zone de subduction, ramenée ensuite à la surface par l'érosion.⁵ Les marqueurs métamorphiques sont donc de bons indices de terrain pour reconstituer l'histoire d'un site.⁵

Aucune nouvelle zone de subduction ne paraît se mettre en place actuellement, et la lenteur du processus empêcherait de le suivre en entier. Les modèles s'appuient donc sur des études de terrain et sur des simulations numériques.⁵

Nulle part ailleurs sur Terre la croûte et le manteau n'échangent autant de matière qu'aux zones de subduction. C'est là que se concentrent les plus grands gisements de métaux stratégiques (cuivre, molybdène, or), formés à faible profondeur dans la croûte supérieure.² Des travaux récents expliquent que l'or et le soufre sont transférés depuis la plaque subduite, à travers le manteau, puis vers la croûte supérieure par les fluides et les magmas.²

Plus largement, c'est surtout par la subduction que des matériaux de la surface regagnent l'intérieur du globe, et elle contribue à former beaucoup de minerais.⁶ C'est aussi là que se fabrique l'essentiel de la croûte continentale d'aujourd'hui.⁶