CONVERGENCE LITHOSPHERIQUE ET SUBDUCTION

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CONVERGENCE LITHOSPHERIQUE ET SUBDUCTION
Rappels de 1èré S : Poly
Ces mouvements relatifs de plaques définissent trois types de frontières :
- divergences au niveau des dorsales océaniques (lieu de formation des plaques)
- convergence dans les zones de subduction et de collision (disparition des plaques)
- coulissage le long de failles transformantes.
Problème : comment la lithosphère évolue-t-elle dans les zones de subduction ?
I) Les caractéristiques des zones de subduction.
Les zones de subduction peuvent affecter deux plaques océaniques entres –elles ou une plaque
continentale et une plaque océanique.
A) Une topographie particulière
1) qu’est ce qu’une marge active ?
Les zones de subduction sont marquées par des manifestations géologiques importantes :
sismicité, volcanisme, relief.
*Voir Tp1
2) Les caractéristiques des marges actives.
A l’approche du continent, le fond océanique des plaines abyssales s’abaisse nettement et
dessine une fosse étroite et profonde.
Les fosses océaniques : ou relief négatif allant jusqu’à 11000m de profondeur (fosses des
Mariannes)
Ces fosses ce situent entre deux plaques à l’endroit ou commence le chevauchement.
La fosse est bordée par une chaîne de reliefs positifs très marqués. Cette chaîne se présente
sous la forme d’une cordillère (continent américain) ou d’une suite d’îles disposées en arcs
(japon).On observe à l’arrière de l’arc insulaire, la mer du Japon qui constitue le bassin
arrière-arc.
*Doc 1 et 2 p 212 : Le profil a : on observe une limite de plaque sur ce profil. Les îles
Aléoutiennes témoignent de la limite entre plaque pacifique et la plaque eurasiatique.
Profil b : ce profil recoupe deux limites de plaques : La cordillère des Andes marque la limite
entre la plaque pacifique et la plaque sud- américaine.
Les zones de subduction sont des marges actives qui se caractérisent par une activité
volcanique intense et sismique ainsi que par des reliefs positifs et négatifs de grande
ampleur.
Du coté de la plaque chevauchante, on observe un prisme d’accrétion résultant du rabotage
des sédiments océaniques.
3) Les traces de ces déformations sur la lithosphère.
*Doc 1 et 2 p 214

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Les volcans explosifs sont alignés au sein de véritables chaînes de montagnes aux reliefs très
marqués. Les roches sont très déformées. On distingue un basculement de strates rocheuses
qui sont plissées sur la droite et fracturées sur la gauche .Le bloc au dessus de la faille est
monté par rapport au bloc situé au dessous de la faille c’est donc une faille inverse, elle est
caractéristique de contraintes compressives.
*Doc. 2 : au niveau de l’Oregon on peut expliquer les sédiments plissés par un phénomène de
convergence. Les sédiments peut solidaires de la lithosphère se décollent de leur socle, se
plissent se fracturent et forment un prisme d’accrétion .Ce prime sédimentaire est surtout
caractéristique des zones de subduction possédant un plan de bénioff faiblement incliné
(Antilles, Pérou, Japon). Lorsque la croûte océanique s’enfonce, les sédiments sont
comprimés, se déforment et s’empilent sous formes d’écailles qui se redressent formant un
bourrelet qui s’épaissit jusqu’à émerger localement (Barbade aux Caraïbes)
B) Des Manifestations géologiques importantes
1) Volcanisme et séismes.
- un volcanisme explosif responsable d’éruptions dévastatrices voir doc. poly
- une sismicité importante :
*Doc. 1 et 2 p 216 217
De la fosse océanique vers le continent, les foyers sismiques sont de moins en moins
fréquents et de plus en plus profonds jusqu’à 700km. Ils se répartissent dans un panneau
lithosphérique de 100km, c’est la croûte océanique qui plonge.
Les foyers des séismes sont situés le long du plan de Wadati- Bénioff
La pente est très variable de quelques degrés dans la subduction pacifique –Amérique du Sud
jusqu’à 60 degrés dans la subduction de l’archipel Vanuatu.
2) Les flux de chaleur
*doc. 1p 218
Au niveau d’une zone de subduction, il existe une double anomalie thermique. Entre la fosse
et le continent, le flux de chaleur est anormalement faible : c’est une anomalie négative. C’est
le prolongement de la plaque océanique. La conductibilité thermique des roches est
extrêmement faible et la vitesse de diffusion thermique demeure presque négligeable au
regard de la vitesse de subduction.
Au niveau de la cordillère, les valeurs du flux thermique sont plus fortes que la normale : c’est
une anomalie positive.
La plaque océanique froide s’enfonce et ne se réchauffe pas autant que le milieu environnant.
Les anomalies positives en arrières de l’anomalie froide correspondent à la formation magma
et à son ascension
C) Les mécanismes permettant la subduction.
1) l’enfoncement de la lithosphère océanique
*Doc 2 p 219 : calculer la densité, Activité
La lithosphère est constitué de la croûte océanique et de la partie la plus superficielle du
manteau .La lithosphère proche de la dorsale sera encore chaude et donc de densité moindre,
car en se refroidissant la lithosphère se contracte et devient plus dense.

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La densité se calcule ainsi : d1= 6 (épaisseur de la croûte) x3(densité de la croûte) +24
(épaisseur du manteau lithosphérique) x 3,3(densité de ce manteau)= 97 ,2/30= 3,24
La densité de l’asthénosphère est de 3,25, on constate que la densité lithosphérique océanique
devient supérieure à cette valeur quand la lithosphère est âgée de 16 millions d’années : la
flottabilité de la lithosphère s’annule donc celle-ci va plonger dans l’asthénosphère. C’est une
subduction naturelle. Ceci montre bien que le moteur essentiel de la subduction réside dans le
surplus de densité de la lithosphère océanique par rapport à l’asthénosphère sous- jacente.
Parfois certaines lithosphères océaniques jeunes peuvent entrer en subduction, on parle alors
de subduction forcée. Ceci est dû à une tectonique de convergence qui fait se rapprocher deux
plaques lithosphériques. On y observe des plis des failles inverses, des prismes…..
2) L’épaississement de la lithosphère
L’épaisseur de la lithosphère augmente en perdant de la chaleur à cause de la constante de
diffusion de chaleur.
De plus en vieillissant elle incorpore du manteau asthénosphérique et son épaisseur passe de 7
km à environ 100km. Après 30 Ma la densité de la lithosphère dépassera celle de
l’asthénosphère et elle tendra à sombrer, cependant la lithosphère peur rester en équilibre
jusqu’à 150 ou 180 Ma en raison de la colossale résistance mécanique de l’enfoncement d’une
lithosphère solide et rigide dans l’asthénosphère moins visqueuse mais toujours solide .Le
plan de bénioff de ces régions a un pendage fort .le bassin d’arrière arc de ces zones
correspond a des structures en graben, limitées par des failles normales, c’est une subsidence
thermique (= naturelle).
II) Le magmatisme des zones de subduction
A) Les roches volcaniques
1) Les roches volcaniques
Voir *TP 2 : Parmi les roches volcaniques les plus caractéristiques sont les Andésites et les
Rhyolites.
Andésite : roche grise, de structure microlithique, contenant des phénocristaux de feldspath et
de pyroxène dans une masse vitreuse à microlithes dont la biotite et l’amphibole, minéraux
hydratés et structure caractéristique d’un refroidissement rapide et d’une cristallisation en
surface.
Rhyolite : roche claire de structure microlithique ; contenant des phénocristaux de quartz et de
feldspath dans une matrice vitreuse à microlithes dont la biotite et l’amphibole.
2) les roches plutoniques
Voir* TP2/ 3 : les plus caractéristiques, les Diorites et les granodiorites et les metagabbros.
Granitoïdes : ensemble de granites et de granodiorites, à structure grenue, refroidissement lent
et cristallisation en profondeur composés de minéraux classiques du granite : du quartz et des
feldspaths, plus de grande quantité de biotite et d’amphibole ( minéralogie identique à celle de
l’andésite = même origine magmatique)
B) Les conditions de fusion de ces roches magmatiques

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Quelle est l’origine de ces magmas ?
# Doc. B p 225 + Transparent :
Comparer la composition des différents échantillons de laves.
Les andésites sont très riches en Sio2, elles ne peuvent donc pas venir de basalte ou de gabbro
fondu, donc ce n’est pas la croûte océanique qui a fondue et elle n’est pas à l’origine du
magma fondu des zones de subduction.
#doc. B p221
La roche volcanique typique, l’andésite se caractérise par la présence de plagioclases et
d’amphiboles, lorsque le magma évolue dans les réservoirs magmatique il peut donner
naissance à des roches volcaniques plus riches en silice et en potassium : les rhyolites riches
en micas et ou en amphiboles .Ces roches sont riches en minéraux hydratés .Moins denses que
le manteau environnant ces magmas vont s’élever dans la lithosphère pour donner en surface
les andésites et les rhyolites.
#doc. 2 p 225
Le solidus « sec » des péridotites ne recoupe jamais le géotherme continental ou océanique.
A cette profondeur la température dans les zones de subduction est d’environ 1000 degré C.
Les péridotites du manteau supérieur ont une composition chimique proche des andésites.
Les andésites et les rhyolites proviendraient donc des péridotites du manteau supérieur ;
Cependant dans les conditions thermiques des zones de subduction celle ci ne peuvent pas
fondre, même partiellement.
Deux phénomènes vont se conjuguer :
Il faut l’intervention d’eau.
D’ou vient cette eau et quelle sera son action ?
# Doc tableau = doc p 222 et 223
Aux dorsales, la croûte océanique qui vient de se former est fracturée. Elle est le siège
d’une importante circulation d’eau de mer. Les minéraux du gabbro ne sont pas stables
et réagissent entre eux .Les pyroxènes et les feldspaths plagioclases peuvent réagir entre
eux et donner un nouveau minéral hydraté, l’amphibole (hornblende). En général la
réaction n’est pas complète et la nouvelle roche contient les minéraux incomplètement
transformés (pyroxènes et feldspaths plagioclases) et le nouveau minéral (l’amphibole)
qui apparaît entre les deux précédents.
Cette transformation correspond ici à une hydratation des roches de la croûte océanique
(incorporation d’eau dans le nouveau minéral sous forme de radicaux OH) , il se forme
des minéraux plus hydratés comme la chlorite , l’actinote et l’albite : c’est le premier
métamorphisme.
Métamorpjisme= modifications structurales et minéralogiques des roches prééxistantes,
mais sans changement de la chimie globale, à l’état solide.
 TP 3 : Les roches liées à la subduction
Les gabbros et les basaltes hydratés sont entraînés lors de la subduction dans de nouvelles
conditions de pression, plus élevées et une faible augmentation de température. Les roches
vont subir un deuxième métamorphisme, les minéraux du gabbro hydraté sont transformés
en glaucophane puis en jadéite et en grenat anhydres (sans eau). Ceci abouti donc à une
libération de l’eau contenue dans les minéraux.
Celle ci provient de la déshydratation des minéraux constituants la plaque lithosphérique
océanique plongeante .En effet les minéraux de la croûte océanique ne sont plus stables à
haute température et haute pression, ils se transforment en minéraux anhydres(ne contenant

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pas ou peu d’eau).les amphiboles qui s’étaient préalablement hydratées libèrent de l’eau
directement sous forme de vapeur d’eau.
Vers 80 à 100 km de profondeur, à une température de 650 à 700 degrés et pour une pression
de 3 à 4 Gpa les roches se transforment à l’état solide en éclogites c’est un métamorphisme,
cela devient des roches métamorphiques de hautes pression.
Les amphiboles minéraux hydratés et les plagioclases sont transformés en pyroxènes et en
grenats minéraux anhydres (ne possédant pas d’eau dans leur structure chimique).
Ces nouvelles roches, schistes bleus et éclogites ont une densité supérieure aux précédentes,
ce qui va augmenter la force de traction exercé par le panneau plongeant de la lithosphère et
qui va entretenir le moteur gravitaire de la subduction.
Cette vapeur d’eau va percoler dans la roche sus-jacente et va permettre l’abaissement du
point de fusion des péridotites et donc on va observer la fusion partielle des péridotites du
manteau supérieur.
La cristallisation du magma, selon que le magma arrive en surface ou reste bloqué en
profondeur, sera plus ou moins rapide : la durée de son refroidissement et donc de sa
cristallisation varie.
Lorsque le refroidissement est rapide la formation de cristaux est bloquée, le liquide se
transforme en verre ; les cristaux sont de petites taille.
Lorsque le refroidissement est lent, les cristaux sont plus gros et imbriqués les uns dans les
autres.
La vitesse des magmas dépend de leur viscosité de la fracturation des roches et de la porosité
des roches qu’ils traversent, mais également du degré de couplage entre la lithosphère
océanique plongeante et la croute continentale, si le pendage est très faible il y aura un fort
degré de couplage et donc de serrage, de ce fait la déformation y serra exclusivement
compressive et les magmas andésitiques formés auront du mal à remonter et formeront surtout
des plutons de granodiorites.
Les premières étapes de l’ascension sont lentes de 10 à100 ans pour quelques dizaines de km
puis la dernière étape peut s’effectuer en quelques heures.
Ce magma peut s’arrêter au cours de l’ascension et former des plutons de roches grenues de
diorites et granodiorites. Ceux-ci n’atteignent la surface qu’à la faveur de l’érosion.
Le magma peut échanger au cours de son ascension, des éléments chimiques, avec les roches
qu’il traverse : c’est un phénomène de contamination de la croûte continentale ou océanique,
la composition du magma varie alors.( = rhyolites)
Le magma du manteau peut aussi provoquer, par augmentation de température au contact
manteau /croûte, la fusion partielle de la base de la croûte. Et cela donnera naissance à un
mélange de magma.
Dans certains cas, les sédiments qui ne se sont pas accumulés dans un prisme d’accrétion et
qui vont plonger avec la croûte continentale, peuvent modifier la composition chimique du
magma andésitique.
Faire un schéma bilan avec tous les mots suivants :
Gabbros + H2O == métagabbros (schistes vert) – H2O == métagabbros (schistes bleus) ==
Feldspath pl.+=hornblende+ = actinote (amphibole) += plagioclase+ = glaucophane +eau
Pyroxène+eau plagioclase+ chlorite chlorite jadéite
Eau
- H2O ==métagabbros (éclogites)
Déshydratation grenat+
Jadéite (pyroxène