Convergence lithosphérique et subduction

I- Caractéristiques d’une zone de subduction
C’est au niveau de certaines zones de convergence que la lithosphère d’une plaque (plaque plongeante)
s’enfonce sous une autre plaque (plaque chevauchante) : c’est le phénomène de subduction. Celui-ci
peut affecter deux plaques océaniques entre elles, ou une plaque océanique et une plaque continentale.
A- Une topographie particulière
1- Le plancher océanique de la plaque plongeante
2- La fosse océanique
La fosse océanique se caractérise par sa profondeur, dépassant généralement 8 000 mètres. Elle
constitue un relief négatif majeur, qui matérialise la flexion de la plaque plongeante et indique ainsi la
présence d’une zone de subduction. La fosse présente une dissymétrie : la pente du côté de la plaque
plongeante est moins accentuée que celle de la plaque chevauchante.
3- Le prisme d’accrétion
Il se trouve à cheval sur la limite des deux plaques et comble plus ou moins la fosse océanique. Il s’agit
d’une superposition de couches de sédiments déformés, appelées écailles tectoniques. Ces sédiments,
auparavant situés sur la croûte océanique, ont été entraînés vers la fosse lors de la subduction. Les
couches les plus profondes dans le prisme sont les plus récentes ; elles sont recouvertes de couches
plus anciennes. La présence d’un prisme n’est pas systématique dans une marge active.
4- L’arc magmatique
Il existe toujours sur le bord de la plaque chevauchante des volcans actifs, qui constituent un arc
magmatique (ou arc volcanique). Dans le cas d’une subduction intra-océanique, il s’agit d’un arc
insulaire, qui constitue un chapelet d’îles volcaniques (ex. Iles Mariannes). Par contre, lorsque la
plaque chevauchante est continentale, les volcans sont portés par le continent, et forment des chaînes
de montagnes (ex. Cordillère des Andes). L’arc magmatique constitue un relief positif, témoin d’une
zone de subduction.
B- Une activité géologique intense
Les zones de subduction sont le lieu d’une activité géologique importante : on parle de marges actives,
par opposition aux marges passives. Cette activité se manifeste par :
1- Une sismicité importante
Les séismes peuvent avoir lieu à des profondeurs inhabituelles, qui atteignent 700 km. Les foyers
sismiques se distribuent à des profondeurs croissantes lorsqu’on s’éloigne de la fosse, et déterminent
une surface inclinée de 20º à 90º appelée plan de Bénioff (ou Wadati-Bénioff). Plus le fond océanique
est ancien plus le plan de Bénioff est raide.
Convergence lithosphérique
et subduction

2- Un volcanisme explosif
Le bord de la plaque chevauchante est toujours le siège de manifestations volcaniques. Les volcans
sont localisés sur un axe parallèle à celui de la fosse. Ils sont pour la plupart explosifs.
C- Une répartition particulière des flux de chaleur
Le prisme d’accrétion et la fosse océanique présentent des valeurs plus faibles que la moyenne : on
parle d’anomalie négative. Ceci est dû la subduction de la lithosphère océanique froide ; celle-ci reste
froide en raison de la vitesse important à laquelle elle s’enfonce.
L’arc volcanique est caractérisé par des valeurs très élevées de flux de chaleur ; on parle alors
d’anomalie positive. Ce flux élevé s’explique notamment par la présence de chambres magmatiques à
faible profondeur.
II- La diversité des zones de subduction
Certaines subductions (par exemple celle des Mariannes) sont marquées par une fosse très grande, un
arc insulaire et un bassin d’arrière-arc. Ce dernier, situé au-delà de l’arc insulaire, est constitué d’une
faille normale portant des sédiments épais. Le plan de Bénioff de ces régions a un pendage fort. Ces
subductions sont souvent intra-océaniques. La lithosphère plongeante est généralement vieille.
D’autres zones comme le Chili montrent une chaîne de montagnes pouvant atteindre plus de 6 000 m.
Cette cordillère est structurée par des failles inverses. Le pendage du plan de Bénioff est faible. Dans
ces zones de subduction, le plus souvent entre une plaque océanique et une plaque continentale, la
lithosphère est jeune.

III- Le magmatisme des zones de subduction
A- Les roches magmatiques des zones de subduction
Parmi les roches magmatiques qui forment les reliefs positifs, les andésites et les rhyolites sont des
roches volcaniques typiques, les diorites et les granodiorites les roches plutoniques les plus
représentées.
B- Les conditions de la fusion
En s’enfonçant, les minéraux constituant la plaque océanique (pyroxènes et plagioclases) ne sont plus
stables et se transforment en amphiboles : les basaltes et gabbros (riches en pyroxènes et plagioclases)
sont métamorphisés en amphibolites (riches en amphiboles et plagioclases). A cause de la température
et de la pression, les amphibolites se métamorphisent à leur tour en éclogites : les amphiboles et les
plagioclases, minéraux hydratés, se transforment en pyroxènes et grenats, minéraux anhydres. Ce
métamorphisme s’accompagne d’une libération d’eau, qui hydrate les péridotites du manteau supérieur
de la lithosphère plongeante, et rend possible leur fusion. Cette fusion produit des magmas, qui
remontent vers la surface. Lorsqu’ils remontent à la surface par éruption volcanique, ils se refroidissent
trop vite pour que les cristaux se forment complètement ; on obtient alors des andésites et des rhyolites,
riches en amphiboles et en micas, et contenant une pâte vitreuse (roches volcaniques). Par contre,
lorsqu’ils remontent lentement par des plutons, les cristaux ont le temps de se former ; on obtient des
diorites et des granodiorites, roches grenues (roches plutoniques).
IV- Les mécanismes opérant dans les zones de subduction
A- L’enfoncement de la lithosphère océanique
La subduction d’une plaque lithosphérique sous une autre plaque est liée à une augmentation de sa
densité en fonction de son âge. En effet, un objet chaud est dilaté ; lorsqu’il se refroidit, il se contracte,
et devient plus dense. Ainsi, une lithosphère océanique se refroidit en s’éloignant de la dorsale, et sa
densité augmente. Elle aura alors tendance à s’enfoncer davantage : on parle de subsidence thermique.
B- L’épaississement de la lithosphère océanique
L’épaisseur de la lithosphère augmente en se refroidissant, et donc en vieillissant ; cette relation
s’exprime selon la loi suivante : e = 9,5 √ t avec e l’épaisseur de la lithosphère et t son âge.