tp subduction

TP Influence de la vitesse de la subduction sur la position de l'arc
volcanique (expérimentation numérique de la subduction
Comprendre et utiliser
un modèle numérique
Cécile Savaresse – Guillaume Dandrey (Lycée International de Valbonne
Une proposition d’activité pour nos élèves rendu possible par l’accueil dans les locaux de Géoazur et la
contribution scientifique de :
Emmanuel Tric
. Professeur des Universités, Université Nice Sophia Antipolis
. Directeur de l’Unité Mixte de Recherche GÉOAZUR (UNS - UMR 7329 CNRS- UR 082 IRD - OCA)
GÉOAZUR conduit des actions de recherche et de développement en géosciences par des approches
couplées Terre-Océan-Espace. Les principales thématiques abordées sont l’étude de la dynamique de la
lithosphère et de la métrologie de la Terre et de l’Univers proche.
et la coordination de
Jean-Luc Berenguer
. Enseignant SVT au Lycée International de Valbonne
. Chargé de mission académique ‘Géosciences’
. Pôle ‘Education & Outreach’ de l’UMR Géosciences.
Consulter le Site GéoAzur : https://geoazur.oca.eu
- Objectif : Comprendre et utiliser un modèle numérique dans une
problématique liée au géosciences
- Problème scientifique : Discuter l'influence de la vitesse de la subduction sur la position de
l'arc volcanique
- Démarche :
Ø Mettre en évidence la position variable de l’arc volcanique
Ø Lister les paramètres envisageables (retenir la vitesse)
Ø Mobiliser les connaissances liées au magmatisme (importance de l’hydratation de la
péridotite mantellique)
Ø  Formuler une hypothèse : la vitesse de la plaque influence la localisation de l’hydratation de
la plaque chevauchante.
Ø  Expliquer ce qu’est un modèle numérique, présenter le modèle
Ø Tester le paramètre influence de la vitesse de subduction sur l’hydratation de la plaque
chevauchante à l’aide d’un modèle numérique.
Ø Confronter les résultats de la modélisation avec les données de terrain (= des différences:
mise en évidence de paramètres complémentaires à prendre en compte)
- Durée : 1h30
Ø Mettre en évidence la position variable de l’arc volcanique par rapport
à la fosse
!
Ø Mettre en évidence la position variable de l’arc volcanique par rapport
à la fosse
Logiciel Educarte…
!
Exemple 1 - Sumatra : mesure de la distance
fosse-arc
!
!
Exemple 2 - Kouriles : mesure de la distance
fosse-arc
!
!
Donc la distance fosse-arc volcanique varie d’une subductions
à une autre
Ø Lister les paramètres envisageables
Localisation des zones de subduction
(les arcs magmatiques représentés sur
cette carte ont au moins un volcan actif)
Quelques caractéristiques
des zones de subduction
D’après SVT Tale S Ed. Didier
Ø Lister les paramètres envisageables Géométrie des plans de Wadati-Benioff,
des pendages variables
modifié d’après Isacks et Molnar, 1971
repris dans le site du CNRS
http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosgeol/01_decouvrir/02_subduction/
04_subduction_plaques/01_terrain/02a.htm
Géométrie des plans de Wadati-Benioff,
des pendages variables
Des contextes variés…
1- Subduction océan-continent le long
d’un arc insulaire
Arc insulaire continental
Subduction pacifique sous la
bordure continentale eurasiatique
dans le secteur du Japon
Des contextes variés…
2- Subduction océan-continent
le long d’une marge active
Marge active
Subduction de la plaque Nazca
sous la marge active andine dans
le secteur péruvo-bolivien
Des contextes variés…
3- Subduction océan-océan
le long d’un arc insulaire
Arc insulaire océanique
Subduction pacifique sous l’arc
insulaire des Mariannes
Des contextes variés…
4- Subduction océan-océan
le long d’un arc insulaire
avec prisme d’accrétion
Arc insulaire océanique avec prisme
d’accrétion
Subduction atlantique sous l’arc
insulaire des petites Antilles dans le
secteur de Saint-Vincent/La Barbade
Ø Mobiliser les connaissances liées au magmatisme
(importance de l’hydratation de la péridotite mantellique)
Péridotite de
dorsale
océanique
(Oman)
Péridotite de zone
de subduction
(Kamtchatka)
Olivine
Orthopyroxène
Clinopyroxène
Plagioclase
Grenat
Amphibole
Mica
58%
23%
25%
12%
9%
5%
Minéraux
anhydres
-
-
3%
-
3%
-
2%
Minéraux
hydratés
Péridotite de
dorsale océanique
(Oman)
Olivine
Orthopyroxène
Clinopyroxène
Plagioclase
Grenat
Amphibole
Mica
Péridotite de zone
de subduction
(Kamtchatka)
58%
23%
25%
12%
9%
5%
-
-
3%
-
3%
-
2%
Minéraux
anhydres
Minéraux
hydratés
Ø Formuler une hypothèse : la vitesse de la plaque
influence la localisation de l’hydratation de la plaque
chevauchante.
Ø Tester le paramètre influence de la vitesse de
subduction sur l’hydratation de la plaque chevauchante
à l’aide d’un modèle numérique.
Modéliser le processus de subduction et ses conséquences sur la tectonique de surface est
compliqué:
• car la subduction est une instabilité
• car on sait très mal quantifier les phénomènes qui contrôlent la subduction
• car la tectonique de surface est souvent modeste par rapport aux vitesses de subduction
Présence d’eau dans le coin mantellique
⇒ diminution de la viscosité locale
⇒ développe la recirculation asthénosphérique
Ø  Présenter le modèle
Le modèle
. une boîte de 4000 kms de long sur 600kms
. une lithosphère en surface à laquelle on assigne une
vitesse de déplacement horizontale
. un point d’enfoncement marquant la fosse (N)
Plaque plongeante
plaque chevauchante
N
table de contrôle
Modèle
Une boîte sur fond noir que vous pouvez déplacer
(touche droite de la souris), agrandir ou réduire (touche
centrale), tourner (touche de gauche).
Pour revenir à l’état initial, cliquer sur la case TOP de la
table de contrôle.
-  un fonctionnement
. pas à pas
. une animation continue
UN PANNEAU DE CONTRÔLE
-  affichage de données
. thermique,
. champ de vitesse,
. hydratation,
-  affichage d’un marqueur
(gabbro)
Numéro du pas
Affichage en contours
Paramètre Température
Affichage en contours
Courants
Affichage en contours
Croûte
Affichage en contours
Paramètre hydratation
Le modèle intègre un flux d’eau vertical
Affichage en contours
Marqueur Gabbro
Eviter
d’afficher trop
de paramètres…
Affichage en champs colorés
Paramètre hydratation
Pour obtenir une information spatiale et temporelle du marqueur,
cliquer sur PROBE et vous verrez apparaître une croix sur l’écran noir
avec des coordonnées Lat (latitude), Lon (longitude) en haut à droite de
l’écran noir. Ce sont ces paramètres qui vous permettront de
déterminer la profondeur et la distance à la fosse de la particule.
Lat (latitude)
Lon (longitude) è Distance à la fosse de subduction :
X (en km) = (longitude – 2) x 555
è Profondeur par rapport à la surface :
Y (en km) = (1 – latitude) x 555
Croix blanche
(pointeur)
Température
(en divisant la valeur par 10)
Mesure de la position de la zone mantellique hydratée
Lon (longitude) Croix blanche (pointeur)
è Distance à la fosse de subduction :
Début de la zone hydratée = (longitude – 2) x 555
Lon (longitude) Croix blanche (pointeur)
è Distance à la fosse de subduction :
Fin de la zone hydratée= (longitude – 2) x 555
Mesure de la position de la zone mantellique hydratée
VITESSE 2cm/an
- Point le plus proche de la fosse:
. Step: 33 sur 74
. Lat 0,904 N
. Long 2,180 E
. Température 488°C
è Distance à la fosse de subduction
Début la zone hydratée= (2,180 – 2) x 555= 100 km
Mesure de la position de la zone mantellique hydratée
VITESSE 2cm/an
- Point le plus éloigné de la fosse:
. Step: 33 sur 74
. Lat 0,804 N
. Long 2,338 E
. Température 1290°C
è Distance à la fosse de subduction
Fin la zone hydratée= (2,338 – 2) x 555= 187 km
Donc position de la zone hydratée déduite du modèle:
de 100 à 187km de la fosse
Mesure de la position de la zone mantellique hydratée
VITESSE 10cm/an
- Point le plus proche de la fosse:
. Step: 16 sur 35
. Lat 0,913 N
. Long 2,187 E
. Température 632°C
è Distance à la fosse de subduction
Début la zone hydratée= (2,187 – 2) x 555= 103 km
Mesure de la position de la zone mantellique hydratée
VITESSE 10cm/an
- Point le plus éloigné de la fosse:
. Step: 16 sur 35
. Lat 0,748 N
. Long 2,424 E
. Température 1330°C
è Distance à la fosse de subduction
Fin la zone hydratée= (2,424 – 2) x 555= 235 km
Donc position de la zone hydratée déduite du modèle:
de 102 à 235km de la fosse
Position de la zone mantellique hydratée déduite du modèle
VITESSE 2cm/an
de 100 à 187km de la fosse
VITESSE 10cm/an
de 102 à 235km de la fosse
CONCLUSION: La vitesse de subduction a un effet sur la
zone de déshydratation.
L’hypothèse « la vitesse de la plaque influence la localisation de
l’hydratation de la plaque chevauchante » est validée
Ø  Confronter les résultats de la modélisation avec les
données de terrain
La position de la zone mantellique hydratée ne correspond
pas exactement à la position de l’arc volcanique en
surface.
Donc des paramètres complémentaires sont à prendre en
compte (âge de la croûte, pendage…)
Ø  Des données complémentaires, d’autres activités possibles…
Un fichier excel (Fichier-suiviParticules.xlsx) avec les coordonnées (Latitude, longitude) de la position
d’une particule de la lithosphère subduite
è  Réaliser un graphique Pression/Profondeur en fonction de la température;
è  Réaliser tracé PTt, le placer sur un diagramme des fasciès métamorphiques;
è  Mettre en relation, avec les échantillons de roches;
è  …