Le magmatisme (5)

1
Lemagmatisme(5)
Principalescaractéristiquesdumagmatisme
associéaucontextedesubduction
Al’échelleduglobe,lessecteursensubductionsetrouventessentiellementsurlepourtourdu
Pacifique.OnytrouvedenombreuxvolcansquiformentlaceinturedefeuduPacifique,et
constituent la manifestation la plus spectaculaire du magmatisme associé au contexte de
convergence.
Maisassociéàcevolcanismebienvisibleensurface,ontrouveégalementduplutonismequiva
affecterlaplaqueàl’aplombdelasubduction.
Il existe également deux secteurs en subduction au niveau de l’océan Atlantique, dont un au
niveaudesîlesdesAntilles:celaexpliquelesvolcansdeGuadeloupe,deMartinique…
Coupesynthétiqued’unsecteurensubduction :àl’aplombdelasubduction,on
trouvedeuxcasdefigure:
‐Lemagmasortensurfaceetdonnelesédificesvolcaniques:arcvolcanique
‐ Unepartiedumagmarefroiditenprofondeurpourdonnerlesrochesplutoniques
1Typed’édificesvolcaniquesrencontrés
Les volcans rencontrés dans les secteurs en subduction sont le plussouventdesstrato‐volcans
(voir la fiche «Formations volcaniques»). Ce sont des édifices qui se construisent au cours du
empsavecdesalternancesdecouléesdelave(activitéeffusiveduvolcan)etdeproduitsliésà
neactivitéplusexplosive.
t
u
2Naturedumagmatisme
Volcanisme/dynamismeéruptif
Leslaveslesplusfréquentessontlesandésites(cf.fiche«Andésite»).
Les volcans de subduction se caractérisent souvent par un dynamisme éruptifexplosif, très
dangereux: Montagne Pelée (Martinique, éruption 1902, 29 000 morts), Mérapi (Indonésie),
aPin tubo(Philippines)…
Ce dynamisme explosif est lié au fait que les laves émises (andésites) sont relativement
visqueuses,cequiempêchelalibérationfaciledugaz,quis’accumule,seretrouvesouspression,
et au moment d’arriver en surface est libéré brutalement en fragmentant le magma: activité
explosive,dangereuse.

‐Plutonisme
Sionprendl’exempledel’AmériqueduSud,ona
lelongdesacôteOuestunesubduction.Cecise
traduit par la présence d’un magmatisme
 e laimportantlelongde cette côte,av cà fois:
‐ Du volcanisme (les points sur la carte
correspondentauxvolcans),avecémission
de nombreux produits andésitiques (les
’a rs é sandésites ont d illeu  ét nommée
d’aprèslesAndes).
‐ Du plutonisme que l’on retrouve à
l’affleurementaujourd’hui,bienquelesroches
se soient formées au départ en profondeur:
exempledubatholite(grandmassif)chilien.
2
Cemagmatismeassociéauxsubductionsestimportant,ilparticipeàlaformation,à
l’épaississementdelacroûtecontinentale.
Lebatholitechilien
Lesrochesquiformentcemassif(batholithe,du
grec bathos, profondeur, et lithos, pierre) sont
plutoniques, donc entièrement cristallisées.
Quand on regarde leur composition
minéralogique,onvoitduquartz,desfeldspaths,
de la biotite associée à de l’amphibole (cf. fiche
minéraux). Ce sont des granodiorites, roches
prochesdesgranites(cf.Classificationdesroches
magmatiques)
3 originedumagmatismeassociéauxsubductions
Observationsgéophysiques
Quandonregardeentomographiesismiqueunecoupeauniveaud’unezonedesubduction
ommeauJapon:c
Volcans àl’aplomb
delaplaqueplongeante
Plaqueplongeante

Onrepère:
‐ Laplaqueplongeante,signaléeparuneanomaliepositive de propagation des ondes
sismiques(plusrapidesde5à6%)figuréeicienbleu.Laplaqueplongeantemetdutempsàse
réchauffer(inertiethermique),ellerestedoncplusfroidequesonenvironnement,etlesondes
sismiquess’ypropagentplusrapidementqu’onl’attendraitàcetteprofondeur.
Dufaitquelaplaqueplongeanteest«froide»(relativement),elleprésenteuncomportement
cassant,d’oùledéclenchementdeséismesimportantsaucoursdesaplongée:pointsblancs,
i (leurrépart tionformeleplandeBénioff).
‐ A l’aplomb de la plaque plongeante, on constate sur la plaque supérieure la présence de
le s subduction.vo cans,typiqu de zonesde
‐ si on regarde en dessous, à100kmdeprofondeur, on remarque une anomalie de
propagationnégativedesondessismiques(enrouge),cequel’onpeutinterprétercommela
présence d’un matériel chaud, partiellement fondu, qui en remontantdonneraitle
agmatismeobservéauniveaudelaplaquesupérieure.m
Pourquoidansecontextelemanteaupourraitilondre 
Pour répondre à cette question, il faut regarder ce qui se passe au niveau de la plaque
cf?
plongeanteaufuretàmesuredesonentréedanslasubduction.
Eneffet,lorsdesonenfouissement,lalithosphèreocéaniqueva subir une augmentation de
pressionetdetempérature,ellevadoncsemétamorphiser(cf.fichesMétamorphisme).
Cemétamorphismevas’accompagnerd’unemodificationdesminérauxauseindelaplaque
plongeante, et surtout de leur déshydratation(les minéraux de la croûte océanique
enfermentdel’eausuiteàl’hydrothermalisme,cf.ficheMétamorphismeChenaillet).r
Coupeauniveaud’unemargeactive(Géochronique,décembre2011)
Sur la figure ci‐contre, on a représenté les
transformations métamorphiques au fur et à
mesure de l’enfoncement de la plaque:
passage du domaine schiste vert au domaine
desamphibolites,puisàceluideséclogites(cf.
fiche Métamorphisme). Au cours de ces
transformations, il y a libérationd’eau(en
bleusurledoc)danslecoindemanteauentre
u aques.lesde xpl
Cette eau vahydraterlemanteau, et cela
permettraitlafusionpartielledumanteau(FP
sur la figure) aux alentours de 100 km de
profondeur.Parquelmécanisme?
3

4
iagrammeexpérimental:solidusanhydreethydratédespéridotitesdumanteau
Expérimentalement, on montre qu’en
hydratantlespéridotites,onabaisse
leurpointdefusion: sur le diagramme
ci‐contre,celasetraduitparun
déplacementdusolidusverslagauche.
Lesolidushydratérecoupealorsle
géothermecontinental(on prend en
compte le géotherme continental
puisqu’on étudie la fusion du manteau
sousundomainecontinental).
C’estàdirequelafusiondumanteau
devientpossible(secteurgrisé).
D
En résumé, au niveau des zones de subduction, il y a libérationd’eauparlaplaqueplongeante.
L’hydratationdumanteauquis’ensuitabaisselepointdefusiondespéridotites,quisemettentdoncà
fondrepartiellement,d’oùlaprésencefréquentedemagmatismeassociéàcecontextegéodynamique:
exempledelaceinturevolcaniqueouceinturedefeuduPacifique.(Onvoitsurlesdocumentsci‐dessusquela
plaqueplongeantedoitatteindreàpeuprès100kmdeprofondeurpourquecemécanismeaitlieu.)
Lemanteauestilseulàfondredanscecontexte?
Aucoursdelasubduction,laplaqueplongeanteetsessédimentspeuvent‐ilsfondreégalement?
Destravauxexpérimentauxontmontréquelaplaquequiplongenepeutpasfondre,saufcasparticulier:
notamment quand le contexte de subduction fait que c’est une lithosphère océanique jeune, donc
relativement«chaude»,quiplonge.C’estlecasauSudduChilioùentrentdanslasubductionla
lithosphère océanique et une dorsale! Ce qui entraine la fusion possible d’une partie de la plaque
plongeante,etlaformationderochesvolcaniquesparticulièresensurface:lesadakites(chimismeun
peu différent de celui des andésites). En ce qui concerne les sédiments, des marqueurs géochimiques
présentsdans les magmas produitsauniveau des zonesdesubduction montrent qu’ils participeraient
galementàlaformationdumagma.é
Naturedumagmapr duit/Contamination
Les travaux expérimentaux indiquent que la fusion du manteau donne un magma de composition
basaltique. Dans le cas de la subduction, l’hydratation du manteau, et la participation possible des
eu
o
sédiments font que le magma produit lors de la fusion a une composition basaltique, mais un p
différentedecelledumagmaproduitsouslesdorsales.
Uneautreparticularitédumagmaformédanslecontextedesubductionestqu’ilvaavoirtendance,au
coursdesaremontée,àstagneràlabasedelacroûtedelaplaquesupérieurecequivaavoirun
certainnombredeconséquencesqu’onpeutobserversurlesdocumentsci‐dessous:

Détaildecequisepasseenbasedecroûte
Quandlemagmaissudumanteauremonte(1),ilrencontrelabasedelacroûtecontinentale,oùil
vaavoirtendanceàstagner(2).Lemagmamantelliqueapportedelachaleuràlacroûte
continentaleenvironnante(ouencaissante), du fait de sa chaleur propre (1000°C) et de son
( débutdecristallisation ceprocessuslibèredelachaleur).
On échauffe ainsi les roches encaissantes de la croûte, dont certains morceaux vont être
incorporésauseinduliquidemantellique,etvontfondre(latempératuredefusiondelacroûte
continentale étant de l’ordre de 700 à 800°C). La fusion de roches de la croûte est nommée
anatexie.L’apportdematérieldelacroûteauseindumagmaissudumanteau,quantàlui, est
nommé contamination.Desétudesontmontréqu’unmagmanepeutguèreassimilerplusde
20%desamassed’encaissant.
(Quandlesmorceauxderochesdecroûtenefondentpastotalement,onpeutalorslesretrouver
auseindeslavesémisesparlesvolcans:onnommeenclavescesmorceauxderochesdifférentes
etrouvéesdanslesrochesmagmatiques).r
La contamination va avoir uneconséquencesurlechimismedumagmamantellique
primaire. Elle va l’enrichir en certains éléments chimiques comme la silice, abondante dans la
croûtecontinentale.Celapeutexpliquerqueleslavesémisesauniveaudesvolcansdesubduction
sontrarementbasaltiques(commeonleverradanslaficheCristallisation).
5