Partie 1: Le domaine continental et sa dynamique

Partie A : Le domaine continental et sa dynamique
TP A-5 : le moteur de la zone de subduction
On sait que dans une subduction, une plaque de lithosphère océanique s’enfonce dans l’asthénosphère ; ce
plongement se manifeste par : la présence d’une fosse qui matérialise la zone de pliure de la plaque
plongeante et des séismes d’autant plus profonds que leur distance à la fosse est grande ; ils matérialisent le
plan de plongement de la plaque appelé plan de Bénioff.
L’objectif est de déterminer les causes de la disparition de la lithosphère océanique lors de la subduction.
Matériel envisageable
Consignes
-de laboratoire (verrerie,
instruments …)
-d’observation
(microscope, loupe
binoculaire…)
-de mesure et
d’expérimentation
(balance, chaine
ExAO…)
-informatique et
d'acquisition numérique
- Logiciel « sismolog » et
sa fiche technique
-Logiciel Mesurim pour
mesurer le pendage
- Document annexe :
l’âge de la lithosphère
océanique
Poste 1 : On cherche à montrer que plus une lithosphère océanique est âgée plus
elle est dense
Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation problème
(durée maximale : 10 minutes)
- Proposer une démarche d’investigation permettant de tester l’hypothèse que plus
une lithosphère océanique est âgée plus elle est dense.
 Appeler le professeur pour vérifier
- Réaliser le protocole, à l´aide du matériel proposé.
- Présenter vos résultats de manière à les communiquer de manière judicieuse.
- Conclure.
Poste 2 : On cherche à montrer que plus une lithosphère océanique est âgée plus
son angle de plongement par rapport à l'horizontale (c'est à dire son pendage)
est fort.
- Réaliser à l’aide du logiciel « Sismolog » une coupe dans la zone 1 côté
Japon et une coupe dans la zone 2 côté Chili
 Appeler le professeur pour vérifier votre travail
- Faire un « imprim écran » de vos deux coupes et coller les images dans le
logiciel « Mesurim ».
- Utiliser la fonction « mesure » puis « angle » pour mesurer le pendage de la
plaque plongeante dans les deux zones.
- Présenter vos résultats de manière à les communiquer de manière judicieuse.
- Conclure

Document ressource : Age de la lithosphère océanique

Correction TP :
La différence de densité entre la lithosphère océanique plongeante et l'asthénosphère est le principal moteur
de la subduction, et même du mouvement des plaques tectoniques en général.
La lithosphère océanique en s’éloignant de la dorsale s’hydrate, se refroidit, s’épaissit.
En se refroidissant, la lithosphère océanique se contracte et devient plus dense. Elle a alors tendance
à s’enfoncer (subsidence thermique).
En s’éloignant la lithosphère incorpore du manteau asthénosphérique sous-jacent. Son épaisseur passe alors
de quelques kilomètres à 100Km environ.
Age LO en (Ma)
9
16
25
100
150
Distance à l’axe de la dorsale (Km)
160
800
1200
2000
2400
Epaisseur
Lithosphère (Km)
croûte
6
6
6
6
6
manteau
24
34
44
94
114
Densité de la Lithosphère océanique
D1
3,240
D2
3.255
D3
3.264
D4
3.282
D5
3.285
Pour D6 : 3,187 au niveau de la lithosphère continentale
Après une vingtaine de millions d'années, la LO devient plus dense que l'asthénosphère : une force de
traction l’entraîne vers le bas, au-delà d’un seuil d’équilibre, il y a rupture de la marge passive et amorçage
de la subduction.
Après le début de la subduction, les transformations minéralogiques lors du métamorphisme de la plaque
plongeante entraînent une augmentation de la densité des roches qui la constituent. Ainsi, un schiste vert en
début de subduction gagnera en densité lors de sa transformation en schiste bleu, pour atteindre une densité
encore plus importante au stade éclogite.
La traction qui résulte de ce poids supplémentaire permet d'entretenir la subduction.
Pendages des plaques
Les pendages des plans deWadati-Benioff sont très variables : ils peuvent être faibles, environ 20° comme
dans le cas de la fosse de Chili, ou très forts et même verticaux comme dans le cas de la fosse des Mariannes
ou du Japon.
Or, il apparaît que la croûte océanique sous le Chili est jeune, environ 50 Ma, alors que la croûte océanique
qui subduit (plonge) sous le Japon, est beaucoup plus ancienne, environ 160 Ma. L’âge serait-il un facteur
déterminant ?
La force de traction de la plaque plongeante étant fonction de sa densité, plus celle-ci est âgée plus la force
qui la tire vers le bas est grande et plus le pendage de la plaque plongeante est fort. Ainsi, une lithosphère
jeune et légère aura plus de difficultés à s’enfoncer dans le manteau (avec tendance à rester « collée » à la
plaque supérieure) alors qu’une lithosphère âgée et lourde tombera rapidement sous son propre poids, les
frottements avec la plaque supérieure étant alors limités. L’âge de la lithosphère océanique serait bien
responsable des différences de pendage des plans de Wadati-Benioff.

Coupe au niveau du Japon

Coupe au niveau du chili
Mesurer la densité des différentes roches métamorphiques au cours de la subduction
Gabbro
Métagabbros à
hornblende
(faciès des schistes
verts)
Métagabbros à
glaucophane
(faciès des schistes
bleus)
Eclogites à grenat
(faciès des
éclogites)
Densité
2,9 à 3,1
3.1
3.2
3.5