1 La distribution des âges de la croûte continentale montre que les

2.3
Sciences de la Terre
Le domaine continental et sa dynamique
PRODUCTION ACTUELLE DE NOUVEAU MATERIAUX CONTINENTAUX
.
La distribution des âges de la croûte continentale montre que les roches plus
jeunes de la croûte continentale sont localisées dans les zones de
subduction.
Problématique
Comment l’activité magmatique associée aux zones de subduction
peut-elle être permettre la production de nouveau matériel
continentaux ?
Activité 1
Caractéristiques des
zones de subduction
Video merapi/ krakatoa
http://www.dailymotion
.com/video/xfjl7f_erupti
on-explosive-du-volcankrakatoa-et-merapiindonesie_news#.UPfAZi
fK7oI
Erupción de 1883
http://fr.wikipedia.org/
wiki/%C3%89ruption_du
_Krakatoa_en_1883
I. LE VOLCANISME DES ZONES DE SUBDUCTION
I.1. Un volcanisme explosif
Les zones de subduction sont qualifiées de marges océaniques actives car l’activité
sismique et volcanique y est intense. Cf. Ceinture de feu du Pacifique.
Les édifices volcaniques sont alignés parallèlement à la marge, les éruptions se
caractérisent souvent par leur violence qui peuvent, dans les zones habitées, des
dégâts considérables.
Il s’agit d’un volcanisme de type explosif. Une éruption explosive est caractérisée
par :
 Un important volume de téphras (matière solide éjectée lors de
l’explosion). Ex du Krakatoa (Java) en 1883 : 10 km3 de téphras + colonne
de cendres de 25 km de hauteur.
 Une émission d’une grande quantité d’eau.
 Nuée ardente : aérosol composé de gaz, de cendres et de blocs de toutes
tailles, portés à haute température (plusieurs centaines de degrés Celsius)
et dévalant les pentes du volcan à grande vitesse (200 à 600 km.h-1).
I.2. une explosivité liée à la richesse en silice du magma
La viscosité représente la résistance à l’écoulement. Cette résistance est fonction
des frictions internes provenant des différentes liaisons chimiques et notamment
de la liaison Si–O.
Ainsi, plus les laves sont riches en silice Si, plus elles sont visqueuses. Or les
magmas produits dans les zones de subduction sont riche en silice.
Lors d’un épisode éruptif, la lave, trop visqueuse pour s’écouler facilement, se
refroidit en formant un véritable « bouchon » dans la cheminée volcanique. Les gaz
provenant du dégazage du magma s’accumulent alors dans la cheminée et, lorsque
la pression des gaz devient trop importante, elle pulvérise le bouchon et, souvent,
toute la partie sommitale du volcan est décapitée.
Cette gigantesque explosion donne naissance à un énorme panache volcanique et à
une nuée ardente.
DOSSIER 2.3 > PRODUCTION ACTUELLE DE CC
1
Activité 2
Les roches des zones de
subduction
II. LES DIFFERENTES ROCHES MAGMATIQUES ASSOCIEES AU CONTEXTE
DE SUBDUCTION
II.1. Des roches volcaniques et plutoniques
> Roches volcaniques :
 Principalement : andésite et rhyolite
 Structure microlitiques : la plus grande partie de la roche est formée de
petits cristaux (microlites) noyés dans un verre non cristallisé.
 Une telle structure révèle un refroidissement rapide du magma en surface à
la suite d’une éruption.
> Roches plutoniques :
 Principalement : granitoïdes dont granodiorites
 Structure grenue : entièrement cristallisées et composées de grains jointifs
(des cristaux visibles à l’œil nu et non orienté dans un plan particulier).
 Une telle structure révèle un refroidissement lent, en profondeur, à
l’intérieur d’un pluton.
Roches volcaniques et plutoniques des zones de subduction ont une composition
chimique apparentée indiquant qu’elles se forment à partir de la cristallisation d’un
même type de magma.
II.2. Des roches riches en minéraux hydroxylés
> Les granitoïdes de la croûte continentale renferment des minéraux hydroxylés
(riches en groupement OH) :
 principalement les micas (noirs/biotites et blancs/muscovites) : 12 à 15%
eau
 amphiboles (1.5% eau)
> Les minéraux des basaltes et des péridotites sont anhydres, c'est-à-dire
dépourvus de groupement OH.
>> Se pose alors la question de l’origine de l’eau dans les roches de la croûte
continentale et de l’origine du magma dans les zones de subduction.
III. ORIGINE DU MAGMA
Activité 3
Origine du magma
II.1. Fusion partielle de la péridotite hydratée du manteau
> L’étude comparative de plusieurs zones de subduction montre que la formation
de magma a lieu autour de 150km de profondeur.
> L’étude au laboratoire de la fusion de roches dans différentes conditions de PT
montre que, dans un contexte de subduction :
 un basalte anhydre ou hydraté ne peut pas fondre : ce n’est donc pas la
croûte océanique plongeante qui fond.
 Une péridotite anhydre ne peut pas fondre.
 Seule une péridotite hydratée placée dans les conditions PT du manteau de
la plaque chevauchante peut fondre partiellement. L’hydratation a pour
effet d’abaisser le point de fusion de la péridotite.
Le magma des zones de subduction provient donc de la fusion partielle des
péridotites mantelliques hydratées de la plaque chevauchante.
> La comparaison de la composition chimique d’une péridotite hydratée et d’un
magma andésitique montre que le taux de fusion est d’environ 10%. Le magma
andésitique se trouve enrichi en silice par rapport à la péridotite.
DOSSIER 2.3 > PRODUCTION ACTUELLE DE CC
2
> Conditions de fusion des péridotites déterminées expérimentalement et géothermes de dorsale et
de zone de subduction (évolution de la température en fonction de la profondeur)
(1)
(2)
(2)
a. Fusion expérimentale de la péridotite sèche
Géotherme de la dorsale (1)
Géotherme de zone de subduction (2)
b. Fusion expérimentale de la péridotite hydratée
GPa = Gigapascals
II.2. Origine de l’hydratation des roches de la plaque plongeante
> Au cours de l’expansion océanique la lithosphère s’éloigne progressivement de la
dorsale où elle a été mise en place.
Ainsi, plus la lithosphère océanique s’éloigne de la dorsale :
 Plus elle se refroidit
 Plus elle s’hydrate au contact de l’eau.
Ces deux conditions sont à l’origine d’un métamorphisme qui transforme la
minéralogie des roches de la croûte océanique. Les gabbros sont transformés en
métagabbros de faciès schiste vert. La présence de minéraux hydroxylés (actinote
et chlorite) témoigne de l’hydratation des roches.
> Lors que la lithosphère océanique entre en subduction, elle se trouve dans de
nouvelles conditions pression/température ce qui entraine un nouveau
métamorphisme. Les métagabbros de faciès schiste vert se transforment en
métagabbros de faciès schiste bleu. Ces roches sont de plus en plus déshydratées.
Les transformations chimiques liées au métamorphisme s’accompagne d’une
libération d’eau.
> L’eau libérée par les transformations minéralogiques de la croûte plongeante
entraine l’hydratation de la péridotite de la plaque chevauchante et contribue à
abaisser le point de fusion des péridotites. La fusion partielle de ces péridotite est
à l’origine du magma des zones de subduction.
DOSSIER 2.3 > PRODUCTION ACTUELLE DE CC
3
IV. PRODUCTION ACTUELLE DE NOUVEAU MATERIAU CONTINENTAUX
IV.1. Evolution de la composition chimique des magmas
> La fusion partielle des péridotites hydratées produit un magma originel de
composition basaltique. La composition chimique de ce dernier va ensuite se
modifier :
 Son refroidissement très lent s’accompagne d’une cristallisation
progressive, qui commence par celles des minéraux les plus pauvres en
silice (ce qui enrichit donc le magma résiduel en silice) ;
 Il peut aussi s’enrichir en silice en fondant des matériaux de la croûte
continentale encaissante.
> Finalement, les roches magmatiques produites, volcaniques ou plutoniques, sont
essentiellement de composition granitique.
IV.2. La mise en place des roches de zones de subduction
Les magmas produits vers 100 à 150 km de profondeur migrent vers la surface par
différence de densité : il est en effet beaucoup plus chaud que les roches
encaissantes.
> Les roches volcaniques proviennent de magmas très chauds qui migrent
rapidement vers la surface à travers des matériaux du manteau et de la croûte de la
plaque chevauchante.
Près de la surface (qqs km de profondeur) ces magmas s’accumulent dans une
chambre magmatique jusqu’à ce qu’une éruption volcanique les fasse parvenir à la
surface.
> Les roches plutoniques, en revanche, proviennent de magma qui ne gagne pas la
surface. Ces magmas forment d’énormes « bulles » qui migrent vers la surface sans
jamais l’atteindre, car leur température n’est pas suffisamment supérieure à celles
des matériaux encaissants.
Ces magmas cristallisent donc en profondeur pour donner des plutons de
granitoïdes.
IV.2. L’accrétion continentale
La production de magmas dans les zones de subduction est la principale source de
matériaux continentaux. On qualifie cette production d’accrétion continentale.
Cette accrétion n’a pas été constante au cours du temps : très importante entre -3
et -1 Ga, elle a beaucoup diminué ensuite.
Aujourd’hui la création et la destruction de la croûte continentale s’équilibre à peu
près, la surface de croûte continentale ne change pratiquement plus.
Mots clés : Accrétion continentale, granadiorite, andésite. Fusion partielle.
DOSSIER 2.3 > PRODUCTION ACTUELLE DE CC
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