Géodynamique des plaques tectoniques

Les notes suivantes détaillent les processus géologiques majeurs que sont l'accrétionocéanique, la subduction et la collision continentale, des mécanismes fondamentaux de la tectonique des plaques.

I. Les Dorsales Océaniques et l'Accrétion Océanique

Les dorsalesocéaniques sont des frontières de plaques divergentes où de la nouvelle lithosphère océanique est constamment créée, un processus connu sous le nom d'accrétion océanique.

1. Caractéristiques des Dorsales

2. Formation du Magma etdes Roches (Accrétion)

1. Fusion partielle des péridotites: Sous les dorsales, les péridotites subissent une remontée et une décompression adiabatique (baisse de pression à température constante, environ 1300°C).

2. Formation du magma basaltique: Cette décompression entraîne leur fusion partielle à environ 80 km de profondeur, se prolongeant jusqu'à 20 km. Le taux de fusion est d'environ 15% pour former un magma basaltique océanique.

3. Cristallisation: Le magma s'injecte et s'accumule dans une chambre magmatique.

   • La partie qui cristallise lentement le long des parois forme les gabbros (roches plutoniques à texture grenue).

   • La partie qui atteint la surface et refroidit rapidement au contact de l'eau forme les basaltes (roches volcaniques à texture microlitique), souvent sous forme de "coussins".

3. Évolution etVieillissement de la Lithosphère Océanique

• Métamorphisme Hydrothermal: Dès sa formation, la lithosphère est hydratée par l'eau de mer (hydrothermalisme). L'eau s'infiltre dans les fractures, transformant les minéraux des basaltes et des gabbros.

  • Les gabbros se transforment en métagabbros à hornblende (amphibole), puis en métagabbros schistes verts (chlorite + actinote).

  • La péridotites'hydrate pour devenir de la péridotite serpentinisée. La présence de minéraux à groupement OH est un indicateur clé de cette hydratation.

• Refroidissement et Densification: En s'éloignant de la dorsale, lalithosphère:

  • Se refroidit, l'isotherme 1300°C s'enfonce, provoquant un épaississement de la lithosphère.

  • Se contracte, ce qui augmente sa densité avec l'âge.

  • Entre 35et 50 Ma, la lithosphère océanique devient plus dense que l'asthénosphère sous-jacente, ce qui est un facteur clé de la subduction.

II. La Subduction

La subduction est le processusde plongement d'une lithosphère océanique froide, rigide et dense sous une autre plaque (océanique ou continentale), s'enfonçant dans l'asthénosphère plus chaude et ductile.

1. Indices et Caractéristiques de la Subduction

• Sismicité: Les séismes se répartissent le long d'un plan incliné, le plan de Wadati-Benioff, d'une épaisseur d'environ 100 km et pouvant atteindre 700 km de profondeur.

• Flux Thermique: Trèsfaible au niveau de la fosse océanique (où la lithosphère s'enfonce, l'isotherme se déprime), et très élevé sous l'arc volcanique associé (cordillère ou arc insulaire).

• Tomographie Sismique: Révèle une structure anormalement plus rapide (donc plus rigide et froide) dans le manteau, qui coïncide avec le plan de Wadati-Benioff, confirmant la présence de la plaque plongeante.

2. Le Métamorphisme de Subduction et laFusion du Manteau

1. Métamorphisme de subduction: En s'enfonçant, les roches sont soumises à des pressions très élevées pour des températures relativement faibles.

   • Les minéraux hydratés des métagabbros à amphibole et schistes verts subissent des transformations.

   • Formation de nouveaux minéraux peu hydratés ou anhydres: métagabbros schistes bleus (glaucophane) puis métagabbros éclogites (grenat-jadéite).

2. Déshydratation: Il y a une déshydratation progressive de la lithosphère subduite (des basaltes, sédiments, et manteau lithosphérique), libérant d'importantes quantités d'eau dans le manteau de la plaquechevauchante.

3. Fusion du manteau: L'eau libérée hydrate le coin de manteau au-dessus de la plaque plongeante, ce qui abaisse le point de fusion des péridotites. Ceci permet leur fusion partielle entre 80 et 150 km de profondeur, malgré les conditions de pression et de température qui seraient normalement défavorables à cette fusion.

3. Le Magmatisme de l'Arc Volcanique

Le magmatisme produit sur la plaque chevauchante est issu de cette fusionpartielle du manteau hydraté.

• Caractéristiques: Le dynamisme éruptif est souvent explosif (nuées ardentes, dômes, aiguilles de lave). Les laves sont visqueuses, riches en silice et en gaz.

• Roches produites: Elles sont issues d'un magma riche en eau et présentent une grande diversité:

  • Roches Volcaniques: Rhyolite, dacite, et andésite (texture microlitique), résultant d'un refroidissement rapideen surface.

  • Roches Plutoniques: Diorite, granodiorite et granite (texture grenue), résultant d'un refroidissement lent en profondeur.

• Croissance continentale: Ce magmatisme fabriquede la lithosphère continentale de faible densité, contribuant ainsi à la croissance de la croûte continentale.

4. Rôle Moteur de la Subduction

• L'augmentation de la densité de la lithosphère océaniquevieillissante (accentuée par le métamorphisme) crée un déséquilibre gravitaire.

• Le plongement exerce une force de traction gravitaire sur toute la plaque océanique, ce qui est le principal moteur de son déplacement.

• La subduction joue unrôle essentiel dans le mouvement des plaques, étant à l'origine des mouvements descendants de la convection mantellique et indirectement des mouvements ascendants sous la dorsale.

III. La Collision

La collision est la conséquence de la subduction complète d'une lithosphère océanique, entraînant la rencontre et l'affrontement de deux lithosphères continentales de même densité. Ce processus conduit à la formation d'une chaîne de montagnes de collision (orogenèse), comme les Alpes ou l'Himalaya.

1. Déformations etStructures de Collision

• Déformations de surface: Caractérisées par des plis, failles normales, chevauchements et nappes de charriage (déplacements horizontaux de grandes masses rocheuses).

• Conséquencesstructurales: Ces déformations entraînent un raccourcissement horizontal et un épaississement vertical marqué des structures géologiques.

• Structures profondes: Formation d'une racine crustale en profondeur, avec l'empilement d'écailles crustales. Le Moho (discontinuité croûte-manteau) se situe à plus de 50 km de profondeur.

• Suture: Des fragments de lithosphère océanique (ophiolites), souvent associés à des sédiments océaniques, sont coincés entre des écailles continentales. Ils marquent la suture entre les plaques qui sont entrées en collision.

2. Métamorphisme de Collision

• Les roches subissent un métamorphisme de collision, caractérisé par des pressions et températures élevées induites par l'enfouissement et l'épaississement crustal.

• Ce métamorphisme provoque l'apparition de micro-plissements (par exemple, dans les gneiss) et de la schistosité (par exemple, dansles schistes ardoisiers).

• Ces types de déformations résultent de contraintes compressives et sont des marqueurs caractéristiques des zones de collision.