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 …