Effets de la subduction de la ride le sur l`arc des Tonga

OCEANOLOGICA ACfA, 1990. VOL SPÉCIAL 10
~
----I~
Effets de la subduction
de la ride de Louisville
sur l'arc des Tonga-Kermadec
Subduction
Ride de Louisville
Arc de.~ Tonga-Kennadec
Érosion Tccto nique
Sondeur multiraisccau x
Subduction
Louisville ridgc
Tonga-Kermadec arc
Tectonic erosion
Multibcam mapping
Bernard IJELLETIER, Jacques DUPONT
ORSTOM. B.P. A5, Nouméa. Nouvelle-Calédonie.
Reçu le 15,(19/89, révisé le 24,.Q4J90, accepté le 03,Q5,o9(1
RÉSUMÉ
La ride de Louisville, chaîne de monts sous-marins, arrive obliquement cn subduction le
long de la marge active des Tonga-Kermadec (Pacifique Sud-Oues!). Celle ride a balayé
la fosse des Tonga au Nord e l le point de jonction ride-fosse migre actuellement vers le
Sud le long de la fosse des Kermadec à une vitesse d'au moins IOem par an. L'étude
morphologique comparative des marges des Tonga Cl des Kennadec et l'analyse de la ba·
thymétrie Seabeam au voisinage du point de jonction (campagne Seapso 5) pcnnettcnt de
camctériser Ics effets de la subduction d'une ride oblique sur un arc. La subduClion de la
ride de Louisvi lle sunnontant la croûte océanique d'environ 3500 m provoque successivement une érosion tectonique du bas de la marge par sous-charriage, une accrétion momentanée de fragment de ride, enfin un effondrement et une érosion gmvitaire du mur interne.
Paralltlement, la ride provoque un retard à la flex ion de la plaque plongeante, entraînant
ainsi un décalage d 'environ 50 km vers l'Ouest de la fosse et de l'arc actif des Tonga par
mppon à ceux des Kennadec. L'accrétion sub-cnlstale sous la marge du matériel raboté et
poussé au front de la ride pourrait être responsable du maintien en posi tion haute de la
plate-fonne tongienne dans le prolongement de l'arc actif des Kennadec.
Oceallologica Acta, 1990. Volume spécial 10, Actes du Colloque Tour du Monde Jean Charcot, 2-3 mars 1989, Paris. 57-76.
ABSTRACT
EffeCls of the subduction of the Louisv ille ridge on the Tonga-Kermadec
arc
The Louisville ridgc, a hOlSpot chain, obliquely subducis at the Tonga-Kemladcc consuming
plate boundary (Southwest Pacific). This ridge has SWCpl Ihc Tonga trench and the ridgetrench junct ion point is rapidly (al least JO cm per ycar) migrating southward along the
Kennadec trench. Results from a comparalive morphologicaJ stud y betwecn the Kcnnadcc
and Tonga margins, and from the Seapso 5 seabeam survey around Ihe ridge-tTench junclion
allow to discuss the effects of the subduction of an oblique ridge on an active margin. The
subduction of the Louisvi lle ridge rising about 3500 m abovc the Pacifie ocean flocr successively induces a lcetonic erosion of the margin by undenhrusting. a temporary accretion
of ridge fmgmcnt, and finally a rapid collapse and gravit y erosion of the inner trench slope.
Besides, the ridge induccs a delay in the bcnding of the plunging plate, generaling a west ward
shift of about 50 km of Ihe Tonga lreneh and active volcanie Iinc with respect 10 lhase of
Kcnnadec. Underplating of material scrdpcd and pushed in the front of Ihe ridge could oc
responsible fo r the high-standing position of the Tonga platfonn in Ihe prolongation of Ihe
Kcnnadcc active volcanic line.
Ocea"vlogica Aera. 1990. Volume spéc ial 10, Actes du Colloque Tour du Monde Jean Charcot, 2-3 mars 1989, Paris. 57-76.
57
B. PELLETIER , J. DUPONT
~'1TRODUCTION
1987). Ces modèles prédisent dans un premier temps, lors·
que le fl anc d u mont sous-marin entre en subd uct ion, une
zone de compression et de surrection du mur interne migrant vers l'arc avec la subduction du mOrll, puis dans un
second temps, lorsque le flanc océanique arrive à son tour
en subduction, une zone d'effondrement Ct d'érosÎon
maximum du mur interne.
De nombreux cas dïnteraction ride-fosse ou mont-fosse
ont été récemment étudiés par des moyens modernes (SOfldeur multifaisceaux, sismique multÏlrace, submersible).
:lOtammem lors du Tour du Monde du NID Jean Charcot
(Lallemand et al .. cf, infra) : subduction des montS Daiichi
Kashima et Erimo dans les fosses du Japon et des Kouriles
(Lallemand ct Chamot-Rooke, 1986: Cadet et al. , 1987:
Kobayashi t'l lIl. , 1987: Lallemand et al., 1989; Yamazaki
el Okamura. 1989): subduclion des rides de Dulton et de
Michelson dans les fosses des Mariannes et dlzu-Bonin
(Smool, 1983: Fl)'er et Smool, 1985): subduction des rides
d' Entrecasteaux et des Loyauté dans la fosse des Nouvelles- Hébrides (Daniel el al., 1986: Fisher et al .. 1986:
Collot el Fisher, 1989 et sous presse: Monzier et al., c f,
infra): subduction de la ride de Louisville dans la fosse
des Tonga-Kemladec (Lonsdale, 1986; Pontoise el al..
1986: Ballanee et al" 1989: Pellet ier, 1989). Ces éludes
ont montré que d'une manière générale les monts sousmarins ou rides subductcnt sans entraîner d'accrétion imponame de matériaux océan iques li la base du mur interne,
mais plutôt en provoquant un effondrement et une érosion
du mur interne dans leur sillage. Un modèle physique simple de subduction d'une surface irrégulière et un modèle
général de subduction de monts sous-marins uti lisant le
concept du prisme de Coulomb ct basé sur différents
exemples de subduction des monts dans la fosse du Japon
ont été proposés (Kodama. 1987; Lallemand CI Le Pichon,
Dans le Pacifiq ue Sud-Ouest, la ride de Lou isville arrive
obliquement en subduction le long de la fosse des Tonga-Kennadec qui marque la convergence entre la plaque
Pacifique ct l'arc des Tonga-Kennadee, lui-même séparé
de la plaque australo-indienne par l'ouven ure arrière-arc
du bassin de Lau et des fossés du Havre (fig , 1), Le point
de jonction ride-fosse, situé vers 26g S, correspond li un
seuil qui sépare la fosse des Tonga au Nord de celle des
Kennadec au Sud. En rai son de l'orientation de la frontière des plaques (N20"E) et de la ride de Louisville
(N 155g E) ainsi que de la direction du mouvement de
convergence au point de jonct io n ride-fosse entre la plaque
Pacifique et la marge des Tonga- Kennadcc (N27Y: Pe lletier
et Louat, 1989), la ride a balayé du nord vers le sud tout
o u panic de la fosse des Tonga e t le poi nt d'interaction
migre ra pidcment vers le sud, le long de la fosse des Ker·
madec (fig, 2), Compte tenu du taux de convergence au
poi nt de jonct ion ride-fosse entre la plaque Pacifique et
l'arc, la vitesse de migration est au minimum de 10 cm
par an, dans l' hypothèse d'un taux d'ouvenure nul à l'arrière-arc, Lonsdale (1 986) estime que le point d'intemction s'est déplacé le long de la fosse des Tonga à 18 cm/an.
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L'arr des Tonga· Kcrm.lllec dans
Tht' TOflsa·Kf,mmÜ'r islal/d arc
58
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SUBDUcnON DE LA RIDE DE LOUlSVIu..E
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FigW"C 2
Carte> bathymêlOque ct structurale du syiiltme d'arc insulaire des Tonga.Kennadec.
A glluclte _ Bathymétrie simplifiée d'après Krocnkc el al. (1983). Les profondeurs sont en km ct la fosse est ind iquée par un trait discontinu. Les
localisations des profils des campagnes AUiilroldcc 4 (A). Goorstom 3 (GEO) ct Eva 3 (E) ain si que les lunes ét udiées au sondeur Seabeam lors de la
campagne Seapso 5 som reportées. E.l.· île EsJX!ranœ. C.I.: île Curtis. MC.C. I.; ile Mc Ca uley. R.I. ; île Raoul . Mo.S. ; mont S()Us- marin Monowai.
P.R.· récif l'e lorus, A. I. : î le Am, E : ·Eu3., T: Tongatapu, N.G .; archi pel de Nomuka, H.G.: archipe l d· Ha·apa i. v.G. : archipel de Vava· u. F.l. : Île
Falcon. To.!.: île Tofua. K.I. · He Kao. R.S.; réci f Meti s. H.R.: rétif Home. L I.: île Latc. Fu.!.: He Fonualei. Nto.l.: île Ni u31.O(Iutapu. Ta. I. ; île
Tafahi. C. R.: réci f Curacoa. Nf. !. ; ILe Ni uafo·ou. Z.S.: haut fond Zc phir. R.B.; banc de Rochambeau. l': Futuna. O .S.; munt Osboum. C.S.: mont
Capricorne. M.S. : mOlli M3Chi3$.
A droile : ElémenlS stroClurau~ caracll!risant 13 marge des Tonga-KCI1ll3dce. N27SO indique la din:ction du mouvemenl de convcrgcnœ entre la plaque
Paciroquc: CI l'are des Tonga-Kermadec au niveau du point de jonction ride·fosse (d'ap~ Pelletier el L0031. 19lI9). La vitC$SC de IOemJan indique la
vitesse minimum de migration ven le Sud du poin! de jonction ride-fœse le long de la fQ5Se des Kcnnadec. Les ronds noin indiql,lCnt les volcans
émergés. abrasés ct sous-marins reconnus par bathymétrie OIJ sismique réflexion. La ligre de ronds blancs schém:ltise la ride de Colville el de Lau.
ct la ligne de croix. le sommet de la plaie -forme tongicnnc.
80rlr)'m~lric OM SII'lICIUI'ol maps 0{ lite To"go· K,.,,,,,adtc islond on: 6}'S1,.,,,,.
To \he left - Si"",lifi,.,d btJtlry_try of'~r Kmt.N:e et al. (/983). O,.,pllts ure ill km and lite Ir~lICh is SIlol.·11 br 0 lteary disconlilluou.t lint'. Loclllions
of profils from AuslTod,.,c 4 (A). Georslom J (G I::O) ond 1:.'\'0 J (E ) cruis,.,s as w,.,1/ as Stllf'so 5 uoht'am sun'qs or" sho."'I. I-:J, : E..perOlla i.l/olld.
C J . . CUr/is il/and. Mc.C.I . . Mc Coul,." island. N.I . . Naoul is/ond. MoS . . MO/lO ....oi sœmOUnl. P.H . . Pelorus ruf. A.I . . Ara il/ond. 1:.' : ·Eua. T :
Tongu/apu. N.G . : Nomul;o group. I1 .G, ' lIa'apai group. V.G . . VOI'O'U group. 1:: /. : t'o/con islaM. 1'0.1.: Tof4O (stand. K.J.: Kao Island. N.S. . M,."is
ruf Il.N... 110"'''' rccf. L.f. : Laie üla/ld. FO.I.: I-'o/luul,.,i island. Nlo. J.: M'uaropulapu Island. 1'0.1. : Jafahi i.i/and. CR ... Curocou ruf. Nf.l.: Niuafo'oll
is/und. Z.s.: Lphir shool. N.B. : NochulIIMUU baN:. 1:' .. Futuno . O.S. :Osbourn uamount. CS. : CopriCOTn,., uomoul1l. M .s.: Machia.{ seomoulIl.
To the rigbl : SlrucIUl'a/ skelch and geo.Jynomics of lite TOlIgo·Kernwdu subduclion zone. N17S" i.l llu! dir~clion of rtloliv~ mOlion heMeen Ih~ Pacific
JI/ate and Ihe Tonga· K,.,rmadoc an: al Ihe Louisl'I·/I,., ridge'lrench inluuelion pllin1 fjrom Pel/nier und LlIuaI, /9X9) . The rult of 10 cmJ)''''or indiCol(S
l/te minimum rult of SOUlIr ....urd migralion of lite l"urSUlion point 010n8 lite K""UJdec tr,.,nelt. Full circ/a Ilrt ,.,m"'f8,.,d und subm,.,rged l'oIcultQl"J
WUllifiM by balh)'m",'')' or stlsmic nf/,.,clio". Th,., /in,., of ,.,,,,,,,, circ/es rtpr",s,.,ms lit,., COlI-iII,.,·U1U Um""l11 ddg,., OM ,,,,., disconlinuous lin,., M'ilh
cross"" lire Tongo p/ol/orm.
59
B. PELLETIER. J. DUPONT
fosse n'étant que pure coïncidence, Ballance et al, ( 1989)
expliquent également le rcn tr.lnt de la fosse des Tonga au
Nord de l'interact ion ride-fosse par une augmentation de
l'érosion tectonique liée à la subduction de la ride de
Louisvi lle,
La zone d'interaction ride-fosse coïncide avec un rétrécissement du domaine arrière-arc entre le bassi n de Lau
et les fossés du Havre. Ce dispositif d'affrontement, où
la ride de Louisville est oblique par rapport à la fosse
des Tonga-Kermadec, diffère de ceux élUdiés par ailleurs
où l'interaction est beaucoup plus frontale (cas du mont
Dai ieh i - K a.~hill1a : Lallemand el (1/ .. 1989: et de la ride
d'Entrecasteaux 011 la vitesse de migr:uion latérale est seulement de 2,5 cm par an : Collot et Fisher. sous presse).
Il est, en ce sens, unique pour étudier les effets du passage
d'une ride sur la morphologie et les structures d'une marge
acli\'c.
Dans cet anicle, les caractéristiques morphologique et tectonique du système des Tonga-Kermadec sont reconsidérées alin de déterminer les effets possibles du passage de
la ride. Puis, les résultars obtenus dans la zone d' interdction actuelle, lors de la campagne Seapso 5 du NIO Jean
Charcot (13-28 janvier 1986) sont présentés afin de pré-ciser les mécanismes tectoniques régissant la subduction
de la ride, L'ensemble de ces données, examinées li différentes échelles, no us amène à proposer un schéma il·
lustrant les e ffets de la subd uct ion de la ride oblique de
Louisville sur la marge des Tonga-Kennadec,
Dupont ( 1979) note une différence morphologique fondamentale entre J'arc des Tonga et celui des Kennadec. La
limite enlre les deux domaines se siluant à J'intersect ion
ride-fosse, il en conclut que le changement morphologique
rés ulte du passage de la ride de Louisville, Dupont (1982),
Dupont et Herler (1985) suggèrent que la subduction de
celle ride a provoqué sur la marge tongiennc un soulèvement du domaine arc-fosse ainsi qu'un développement de
fract ures transverses, perpendiculaires à l' arc, Lonsdale
( 1986) propose que le balayage de la ride indui t des reajustemenl.~ locaux au ni veau de la fosse: d'abord une
remontée de l'axe de la fosse ai nsi que le développement
d'un prisme d'accrétion à la base du mur interne en face
de la ride, puis une érosion tectonique rapide créant une
virgation vers J'Ouest ct un approfondissement de la fosse
au Nord de la ride. Les différences morphologiques entre
les Kermadec et les Tonga ne sont pas, pour cet auteur,
liées au passage de la ride mais plutôt contrôlées par la
géomérrie du plan de subduction. le fait que la limite cutre
les deux domaines corresponde avec rintersection ride-
COMPARAISON ENTRE LES MARGES DES
TONGA ET DES KERMADEC: LE RÔLE DE
LA RIDE DE LOUISVILLE
La marge des Tonga
Entre l8"30'S ct le point d ' intersection ride-rosse, la
marge tongienne se caractérise par la présence d'une zone
haute ap~lée plate-fonne tongienne et localisée entre
J'arc volcanique actif à J'Ouest (l'arc de Tofua) Ct la fosse
à l'Esr (fig . 2).
WNW
To" .. , pl;t.t lorm
GEO 321
TONGA
ESE
vE..IO
[t S.c,lWlT
~
10km
IOk m
[IS~t Twn
~
Figure 3
Coupes à travers lb 1,O no: de wbduetion illustrant lc~ diffcrcnçes rnorpllliogiques ronrJamo:utale s entre les rnargc slles Touga ct Iles Kennadec, Localisation
sur la fi gure 2. Les coupes ont tt~ arbitrairemcnt alignécs p.'U' nippon ~ l'axe de la fosse , ~s profondeurs sont en seconde temps double. La penle
du mur e~ temc de la fosse est irnhqlll!e en deg~s,
Crou SI'Cllotu of Ilrl' 5ubdll('/ù)(I :0111' 51r0'0'lng (lu' III1l/11 ",()rplrologi~1 dljfl'Tt:flCU ,""'UII /~ TOlIgD Dnd Kt:mradtc nwrg;'u. L«:ll/ioll is III Figu,1' 2.
Cross st'CliofU 00"1' b/'I'/I urbi/Ill'II>" uilgllrd " '/I1r rrsp«/ 10 f~ frtllC'II U.UI D l'plJu (Ur III tll'O " 'tI}'S IIQl"t/ ti~ III s«onds, Tilt llllgit
DUIU dOl" il IIId"Ult'd
60
of tM
Irt:llcll
SUBDUcnON DE LA RIDE DE LOUISVILLE
La pente inteme de la fosse des Tonga, déjà décrite par
Duponl (1982) ct plus récemment par Scholl et al. ( 1985),
comprend trois parties (fig . 3) : une panie supérieure allant
de 1 (X)() à 3 000-4 000 m de profondeur, escarpée. structurée par des fai lles nonnales, marquant la tr-.msition avec
la plate-fonne tongienne; une partie moyenne située vers
4 000 m, quelquefois mal exprimée, correspondam à une
terrasse développée sur une série sédimentaire d'au-moins
1 km d'épaisseur, une partie inférieure comprise entTe
5000-6000 m et 9000 m (voire localement plus de
10 000 m) caractérisée par de fons escarpements et parfois
drapée par une très faible couvenure sédimentaire. Celle
panie inférieure dessine un abrupt qui surplombe la fosse.
D'après les données de sismique réfraction (Pontoise et
Latham, 1982) et de sismique réflexion (SchoU et al. ,
1985), le substratum acoustique de la panic supérieure de
la pente imeme, peut être suivi, vers le haut, jusqu 'à la
plate-fonne tongienne et corrélé avec le socle volcanique
d'âge Éocène moyen à supérieur affl eurant sur ' Eua. Le
fait que ce socle, d irectement recouven de dépôts d'eaux
peu profondes à 'Eua, soit maintenant à 4000-5000 m
de profondeur indique une subsidence de plusieurs kilomètres du domaine avant-arc (Scholl ef al" 1985).
L'arc volcanique de Tofua, représenté par les îles d'Ata,
Falcon, Tofua, Kao, Late el les récifs de Pelorus, Metis
ct Ho me, est en grande panic submergé (fig. 2). Il borde
immédiatement la plate-forme ou en est séparé par une
dépression (fi g. 2 el 4) particulièrement bien développée
entre 19" ct 2 1"30'S (la dépression de Tofua). Des données
de sismique réfmction le long ~ la dépression de Tofua
suggèrent que cet arc est installé sur le bord oriental du
substratum océanique du bassin de Lau (Ponto ise et Latharn, 1982).
La plate-fonne tongienne, qui porte les plus grandes îles
du royaume de Tonga (îles d' Eua et de Tongatapu, et les
archipels de Nomuka. Ha' apai et Vava'u) est constituée
par une épaisse série volcanoclastique. carbonatée, légèrement basculée vers l' Ouest et sunnontant un socle volcanique (Krocnke et Tongilava, 1975; Scholl et al., 1985).
Cc dernier affleure uniquemenl à 'Eua sur le bord o riental
de la plate-fonne; les roches sont des tholéiîtes d 'arc
(Ewart et Bryan, 1972; Hawkins et Falvey, 1985) datées
de l'Eocène moyen-supérieur (40-46 Ma: Ewan et al .•
1977; Duncan et al. . 1985). L'épaisse série sus-jacente,
d'âge Eocène supérieur à Holocène, présente deux hiatus
majeurs associés à des épisodes tectoniques (Herzer ct
Exon, 1985): le premier, d'âge Oligocène inférieur, est
relié à l'ouverture du bassin sud-fidjien; le second, d'âge
Pliocène inférieur, est mis en relation avec l'ouvenure arrière-arc du bassin de Lau. Cette plate-forme présente égaIement des intrusions miocènes connues à terre ct par
forages ainsi que des fonnations récifales aftleurantes
d'âge Miocène moyen (Krocnkc et TongilavQ, 1975; Cunningham et Anscombe, 1985; Duncan et al., 1985).
La fosse des Tonga, étroite ct dépourvue de remplissage
sédimentaire important, se caractérise par l'absence de
prisme d'accrétion. Une reconnaissance au sondeur Seabeam tout au long de cette fosse indique que le relief
varie axialement sous l'effet des horsts et des grabens du
mur externe passant en subduction. L'ensemble de ces
données suggère que, d' une maniè re générale, la fosse des
Tonga est le siège de processus d'érosÎon tectonique
(Lonsdale, 1986).
Co ..
K.''''''<JH "_nch
Fi gure 4
Profils bathymo::triqucs séril::s du Sud ven; le Nord. à vavers les marges des Kcrma<iec el des TOI\I:~. La ride des Kcnnadcc a été a[!J;née a~ec [a
plate-forme tongicnnc ce qui correspond à la d isposition géograph ique mOlltrée sur la carte de la figure 2 et à la direction gé~raIe N21T'E de ta zooc
de convergence.
8mlrymttric profiles piolled from soullr /0 nQuh Ut'TQS$ Ihe Kerm(.l(kc and Tonga rMrgitl$. The Kermadec ridge and lhe Tonga plal/orm have bun
aligned as lhe» appeor on Ihe map of Ihe figure 2 . paral/ely 10 Ihe rMÙ' direClion N2f!'E of Ihe $ubducliorl zone.
61
B. PEL LETIER, J. DUPONT
La marge des Kermadee
la jonction ride- fosse (fig . 4). L'arc actif des Tonga est
décalé de 60 km vers l' Ouest par rapport à celui des Kermadec. Notons également que la distance entre la fosse
et l'arc actif esl légèrement plus grande aux Tonga (170200 km) qu'aux Kennadec ( 165-180 km). Cependant cette
légère différence d 'environ 20 km s'explique si l'on tient
compte du plongement du plan de Benioff, plus grand aux
Kermadec qu'aux Tonga (50-60" contre 43-45 0 : Sykes,
1%6; Isacks et al .• 1968; Ewart el af., 1977). Le dé placement vers l'Ouest de la fosse des Tonga alors que l'arc
des Kermadec est aligné avec la plate-fomle tongicnne
entmine, aux Tonga, une d iminution de la distance entre
la fosse et le sommet de la marge et do nc une augmentation de la pente du mur interne (fi g. 3 et 4).
Moins bien connue que celle des Tonga, la marge des Kermadec, au Sud du point d ' intersection ride de Louisvillefosse, semble plus simple. Aucune zone haute ne sépare
ic i l' arc volcanique de la fosse; la ligne volcanique active,
largement submergée el marquée par les Hes Espérance,
Curti s. Mc Cauley et Raoul, coïncide avec le sommet de
la marge des Kennadec (fig. 2 et 3). Un volcan sous-marin
actif. le mont Monowai (- 120 m) se situe dans le prolongement nord de la ligne volcanique des Kermadec.
j uste à l'Ouest du point de jonction ride-fosse (Davey,
1980).
La pente interne de la fosse des Kennadec est d ' une manière générale, moins abrupte et moins complexe que celle
des Tonga (fi g. 3). Elle peut être divisée en une large partie
supérieure allant de 1 000 à 5000 m de profondeu r, faiblement et régulièrement incl inée vers la fosse, et en une
panic inférieure beaucoup plus escarpée, comprise entre
5 000 et 8 500-9 000 ffi. Les de ux domaines sont séparés
par plusie urs ressauts clairement associés à des jeux de
fai lles no rmales. Une épaisse série sédimentaire (plus de
1 seconde temps double en sismique) existe sous la partie
supérieure de la pente. Cette série, probablemem constituée de débris provenant de l'arc volcanique, s'amincit ct
disparaît e n allant vers la fosse, au sommet de la partie
inférieure de la peille. Bien que son âge ct sa nature soient
inconnus, elle rappelle par son épaisseur et sa situation
ceUes de la plate-forme tongienne et de la terrasse intermédiaire de la pente interne des Tonga.
Les dormées de sismique réOexion suggèrent que le bas
du mur interne de la fosse des Kennadec est affecté par
des effondrement s (fig. 3). La morphologie de la fosse ressemble à celle des Tonga: elle apparaît largemem contrôlée par les grabens ct les horsts parfois spectaculaires du
mur externe (fig. 3). Tout comme la fosse des Tonga, il
est possible que la partie nord de la fosse des Kennadcc
(27°S à 32"S) soit soumise à des processus d 'érosion tectonique. Cependant, au sud de 32"5, la fosse est déplacée
vers l' Est, le relief du bas du mur interne est moin.. accentué et un profil de sismique réflexion suggère la présence d'un prisme d ' accrétion (pelletier et Dupont, 1990).
Plus au sud, un pri sme d'accrétion est d 'ailleurs connu à
l'est de l'île septentrionale de la Nouvelle-Zélande (Cole
et Lewis, 198 1).
Discll5Sion
Les modifications décrites ci-dessus ap para issent au niveau du point de jonction ride de Louisville-fosse, ce qui
incite à penser qu 'elles sont liées à la ride. Afin d 'évaluer
les effets de la subduction de la ride, il faut rechercher
une ligne de référence le long de l'arc des Tonga-Kennadec, antérieure au balayage de la ride. L' arc des Kermadec
(arc unique, ancien et actif) ct dans son alignement la
plate-fonne tongienne, où sont connus un volcanisme
d 'arc Eocène et des intrusions miocènes, constituent une
structure continue tout au long du système, qui peut être
prise comme ligne de référence. Le fait que les décalages
observés entre les fosses et les arcs actifs des Tonga et
des Kennadec soient du même ordre de grande ur (4050 km) suggère que la position de l' arc actif est étroitement associée à celle de la fosse et q ue la migration de
la ligne volcanique aux Tonga résulte du déplacement de
l'axe de la fos se,
En tenant compte de la vitesse de migration longitudinale
du point de jonction ride-fosse (10 cm/an minimum,
18 cm/an selon Lonsdale, 1986), la ride a balayé la fosse
des Tonga (environ 700 km de Vava' u au point de jonction
actuel) en moins de 7 Ma et peut être en 4 Ma. Dupont
et HcrL.Cr (1985) estiment que la ride était aux latitudes
de Vava 'u (tenninaison nord de la plate-fonnc) et de Tongatapu vers 3 Ma et 1,5 Ma respectivement. L' incertitude
sur l' âge du début d ' interaction dépend aussi des variations possibles de la position antérieure de la fosse et de
son obliquilé avec la ride. Ces paramètres sont fonction
de J'histoire encore mal conrraint de l'ouverture du bassin
arrière-arc de Lau. L' arc acti f de Tofua est installé sur le
substratum orielllal du bassin de Lau dont J'âge initial
d 'ouverture est Pliocène inférieur (6 à 3,5 Ma : Weissel ,
1977 ; Cherk is, 1980; Malahoff el al .. 1982). L'arc de Tofua est donc considéré d ' âge Plio-Quaremaire. Cependant
peu de données précises (datations) existent pour estimer
l' âge de son début d'activité. Un âge radiométrique K-Ar
de 3.6 Ma a été reporté sur l'île de Niuatoputapu à l'extrémité nord de l'arc (Vallier el al .. 1985). Le développement de l'arc de Tofua est donc compatible avec l'âge
du balayage de la ride de Louisville.
Relation spa tia le entre les marges d es Tonga et d es
Kermadec
Les dOM ées bathymétriq ues indiquent que l'arc actif et
la fosse des Kennadec ne sont pas ali gnés avec ceux des
Tonga bien qu 'ils aient globalement la même orientation
N20"E (fig. 2). En revanche la ligne volcanique active des
Kermadec est alignée avec la plate-forme tongienne située
en avant de l'arc actif de Tofua. La fosse des Tonga est
décalée de 40 à 70 km vers rOuest par rapport à celle
des Kermadec, la valeu r maximum sc silUant au Nord de
62
SUBDUcnON DE LA RIDE DE LOUISVILLE
rie sédimentaire à 200 m. Des basaltes à oliv ine dragués
sur le mont ont fou rni des âges Oligocène (30 à 36 Ma)
par la méthode K-Ar. âges considérés comme minimum
compte tenu de la grande altération des roches (Ozima el
al" 1970). Plus récemment Gnibidenko ef al. (1985) ont
recueilli des grès tufacés, des tufs et des grès calcaires
d'âge Crétacé probable et Wans et al. (1988) publient
deux âges radiométriques 40 Ar-39 Ar du Crétacé terminal
(66-67 Ma) obtenus sur des basani tes draguées le long du
flanc nord-ouest du guyot (Hawkins et al.. 1987). Lors
de la campagne Seapso 5, deux dragages ont été réalisés
sur le fl anc ouest ; l' un a échoué. l'autre n'a récupéré que
quelques fragments très altérés de basalte alcalin (Si0 2 :
43,5 %, TiOl; 2,80 %), de brèches de lave et de petits
galets de ponce. L'ensemble de ces résultats donne un âge
Crétacé supérieur au guyot Osbourn. Cet édifice est
marqué par une fo rte anomalie gravimétrique positi ve
(+ 176 mgal) et par une forte anomalie magnétique de
1 500 nT d'amplitude (fig. 9).
L'ensemble des données d'ordre morphologique, géométrique et chronologique permet de proposer que les changemenls morphologiques entre les Tonga et les Kermadec
et que le recul vers l'ouest de la fosse et de l' arc actif
des Tonga résultent du passage de la ride. Ces réorganisations s'opèrent au niveau d' une ligne qui passe par la
jonction ride-fosse et qui est parallèle au vecteur de
convergence (fig. 2). Ceci suggère que J'essentiel des processus actifs s'effectue dans la zone d'affron tement entre
la ride et la base du mur interne.
RÉSULTATS DES DEUX LEVÉS MULTlFAISCEAUX DANS LA ZONE D'INTERACTION RIDE-FOSSE: COMMENT LA
RIDE DE LOUISVILLE PASSE-T-ELLE EN
SUBDUCTION?
Outre l'imposant mont Osboum, d'autres reliefs évoquant
des édifices volcaniques ont été décelés (fig. 5 et 7). Un
massif circulaire de 8 km de diamètre et de 1 000 m de
haut culmine vers 50Cl0m de profondeur (175"18'W25"45'S) à 45 km au Nord-Ouest du guyot Osboum. Il
constitue en fait le dern ier témoin de la chaîne de Louisville avant son entrée en subduction, et oblitère en partie
la fosse (fig. 7 et 8 : profils 42 et 44). Le bord oriental
de ce mont est relié à la base du flanc ouest du guyot
Osboum par une étroite ride de 1,5 km de large, orientée
NI6()'-'E (fig. 7 et 8: profils 44 et 46). L'ensemble, ride
et mont, est souligné par une anomalie magnétique positive qui atteint 180 nT juste au-dessus du mont el qui
forme avec celle du guyot Osboum une linéation majeure
orientée N 130"E (fig. 9). Dans le coin nord-est de la zone
cartographiée, des petits édifices de 1 à 2 km de diamètre
et de 200 à 400 m de hauteur, sont alignés le long d'une
ride dont la direction N 155°E rappelle celle de la chaîne
de Louisv ille (fig. 7 et 8; profil s 7 1, 36 et 38). Ces édifices sont marqués par une linéation d'anomalie magnétique positive atteignant 340 nT.
Lors de la campagne Seapso 5 à bord du N/O Jean Charcot
en janvier 1986, des levés bathymétriques détaillés au sondeur Seabeam complétés par des profils de sismique réflexion monotrace et des mesures de magnétisme et de
gravimétrie, ont été réalisés pendant sept jours sur deux
secteurs de la fosse (Pontoise el al., 1986); vers 26°S au
contact entre J'extrémité septentrionale de la ride de
Louisville et la fosse, et vers 24°S au nord du point d;impact actuel (fig. 2). Cene zone d'interaction ride-fosse a
également fait l'objet de travaux de sismique réflexion,
sismique réfract ion et dragages lors des campagnes des
N/O Pegas et Morskoy Geofisik en 1980 (Gnibidenko et
al.. 1985), de bathymétrie Seabeam lors d'un transit du
N/O T. Washington en 1984 (Londsdale, 1986) ct de sismique réflexion multitrace lors de la campagne du N/O
S.r. Lee en 1984 (Scholl el al., 1987; Ballance el al..
1989).
La zone d' impact à 26°S
Le second trail morphologique majeur de la plaque plongeante est constitué par un faisceau spectaculaire d'escarpements de failles normales (fig. 5 à 8). Les escarpements
majeurs sont régulièrement espacés et débitent en horsts
et grabens la croûte océanique surmontée d'une couverture
sédimentaire de 0,3 à 0,5 ud. d'épaisseur (fig. 5 et 8).
La largeur de ces structures est d'environ 5 à 6 km ct
leur extension latérale peut atteindre 30 km (fig. 7). Les
rejets verticaux des fa illes normales, souvent supérieurs
à 500 m, atteignent quelquefois près de 1 000 m, notamment au sud-ouest du guyot Osboum (fig. 8: profils 48
et SO). Au nord du guyot les escarpements ont une orientation constante subméridicnne, oblique (25°) par rapport
à l'axe de la fosse. Par contre, au sud du guyot, l'orientation des failles varie légèrement en allant vers la fosse :
N20"E juste au sud du guyot puis N-S et enfin N 170"E,
légèrement oblique (10") par rapport à la fosse.
LA PLAQUE PLONGEANTE
Le trait morphologique majeur de la plaque plongeante
est le mont Osboum (fig. 5 à 8) qui marque l'extrémité
septentrionale de la ride de Louisville. Cette ride, longue
de 4300 km et formée de plus de 60 monts sous-marins,
représente une chaine de guyots d'âge Crétacé supérieur
à Cénozoïque résultant du fonctionnement d'un point
chaud (Lonsdale, 1988; Watts et al., 1988). Le sommet
du mont Osboum correspond à un plateau triangulaire de
20 km de côté. légèrement basculé d'environ 2 à 2,5" vers
l'ouest et culminant entre 1 900 et 2400 m de profondeur
(fig. 5; Lonsdale, 1986). Ce guyot surmonte ainsi le fond
océanique environnant (5 500 m) d'environ 3 500 m. L'ensemble de l'édifi ce atteint 30 à 35 km de largeur. Sous
le plateau sommital, les profils de sism ique indiquent
qu'une série bien stmtifiée à forts réflecteurs et d'environ
0,2 s.l.d. d'épaisseur surmonte un socle acoustiq ue (fig. 8 :
profi l 50). Lonsdale (1986) estime l'épaisseur de cette sé-
De prime abord, la carte bathymétrique indique que la
croûte océanique aux alentours du guyot est plus affectée
63
B. PELLEfŒR, J. DUPONT
W 175'
JO
JO
f
N
<
2000 m
3000
4000
5 000
6000
7000
~
7000
8000
Fi gure 5
Carte bathymétrique Seabeam de la zone de jonction ride de Louisvi lle-fosse, à 26°S. Isobathes tous les 100 m. Localisation sur la fig ure 2.
Seabeam bathymetric map of the Louisville ridge·trench j unetion area at 26°S. Contour interval is 100 m. Location is in Figure 2.
TONGA - KERMADEC SLOPE
OZBOURN SEAMOUNT
( LOUISVILLE RIDGE )
TONGA TRENC H
~I
\1'.\0 <1(l ll ' l
OR\ I(l\\ Il lU \ II·R
Figure 6
Bloc diagramme réal isé à panir des dormées Seabeam recueillies à la zone de jonction, à 26°S. L'observateur regarde vers le SSE (2 1 5~). L'exagération
venicale est de 5, la di mension de la maille de 500 m, l'angle de plongement de la vue de 30°. Une plage de couleur équivaut à 300 m.
Mesh diagram of the Seabeam bathymerry of the Louisville ridge·trench j unction area at 26°S . The observer looks toward the SSE (2 J:f'E). Vertical
exageration is 5. Angle of vision is 30°. Size of the mesh is 500 m. A color represents 300 m.
64
SUBDUcnON DE LA RIDE DE LOU ISVILLE
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j
1
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30'
17S·W
Figure 7
Cane suucturale de la jonction ride de Louisvilic-rOSliC. 1 : massir volcaniquc. 2 : principau~ grabens du mur cxterne. 3: principalcs dl'!pressiollS du
mur imcme. 4: chevauchement princi pal au picd du mur interne, 5 : ehcvauchemcnl$. 6: rides du mu r interne, 7: rai llcs normales. g : glissemem s.
Sfruclill'aJ map of fh~ Loui:;ville ridge·m'mdt j UflCf;on dl'eo. 1 : lIu)"Qf. ,"OlconOfls and ,·a/conie ridf{l!s. 2 : major be,idinll-induaû grabens 011 IrtrlCh
OulU .<lllpe. 3 : maj(Jr basins or terraces on inna sIOfJ/!. 4 : "win /hrusi aiIOQ/ ollrendl inna wall. 5: Ihrus/s. 6 ." r;dgl!S on ;mlel' slopt<, 7: Mfmol
faults, 8 ." slumps.
65
B. PELLETIER , J. DU PO/'l.'T
1
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25'30'5
"
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J6
66
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E
175'30'
\
\ \
40
Figure 8
InICrprëtUlioo des profil s de sismique réfleltioo monotr3ce 11 tr.lvcn 13 zone d'impact L'~he lle e~ t en seconde temps double. Dans l'enciU1 indiquant
13 locaJis.,'uion de$ profils. le toit et le contour du guyot Osboum ainsi que la fosse avee le se uil (~ toilc) $01'1\ indiqu~s.
buerprCWI/l'C lime Unc dr(J"'lIlgs of Ihc sin~lc-chall~1 5eismic profiles ocro1S lM jUlICliOfl (Jrea. The ,",mbers arl.' , ...0· ..·0)· IrOI't/lime i" st;conds. 1/1
lM ifl$el sho ...i"8 lM localio" of profiles. lM /Op and COfl1(JUTS of Ihe Osbourn guyOl os weil (JS Ihe ,rmch ond ilS sill (swr) (Jre rt;ponM.
66
SUBDUCTION DE LA RIDE DE LOUiSVILLE
E
w
48
E.V. : 9
50
,
E.V.• 6.5
--
E.V.• 9
68 -E.V.6
67
B. PELLETIER, J. DUPQ;"'"
par les failles nonnales que le guyot lui -même. Cependant
des grabens ct des failles nonnales à regard est, d'orientation NIO"E, existent sur la fran ge orientale du plateau
sommital du guyot; leurs rejets aueignent 100 à l50m
(fi g. 7: Lonsdale, 1986). En outre cenaines structures exprimées sur 20-25 km de long dans la croûte océanique
environnante affectent les flancs du guyot. Le flanc nord
présente un rentrant dans le prolongement d'un graben
majeur; les rejets verticaux des faille s limitant ce graben
augmentent à l'approche ct sur le flanc du guyot : de 300
à 600-700 m pour la faiUe à regard ouest. et de 100 à
400 m pour celle à regard est (fig. 8 : profils 42, 44. 46).
De la même manière. le déplacement vertical passe de
200 à 600-700 m en allant vers le Nord, le long de la
fracturc N20" qui vient sc tenniner sur le flanc sud du
guyot (fig. 7 et 8 : profi ls 68, 66, 54, 52). Un escarpement
majeur situé enrre 5 000 et 6 ()()()..6 500 ln de profondeur
limite le bord ouest du guyot. Cet escarpement disparaît
en partie, sous un cirquc ouvert à l'Ouest, développé dans
le flanc du guyot et au-dessus d'un massif isolé. obstruant
partiellement le graben immédiatement à l'Ouest (fig. 7
et 8: profil 52). Ceci suggère l'effondrement grJ.vitairc
récent d' un morceau du guyot postérieurement à la formation du graben.
Le mont sous-marin obstruant la fosse au nord-ouest du
guyot a une taille proche de la longueur d'onde du réseau
de failles: il est porté par un horst. La ride N 16O"E, reliant
ce mont et le guyot Osbourn, est, quant à elle, beaucoup
plus étroite 'lue la maille du réseau de faitles, ce qui suggère qu'elle préexistait cn tant quc ride avant le dt:-coupage
du mur exteme, et qu'il s'agit soit d'une ride volcanique,
soi t d'une zone de fr.tcture .
LE MUR INTER/IlE
La morphologie du mur interne varie largement de part
et d'autre du point de jonction ride-fosse (fig. 5 à 8). Les
profils de sismique réflexion monotrace étant de qua1ité
assez médiocre en raison des profondeurs imponantes, les
éléments structuraux reponés sur la figure 7 sont largement déduits de l'analyse morphologique. Au sud du poi nt
d' impact, le mur interne sc caractérise par une pente assez
régulière de 4 500 à 7 000-7 500 m de profondeur (fig . 8 :
profils 68, 66, 54, 52). Au bas du mur interne, une ride
(6500-6600 m), limitée à l'ouest par un replar ou une
dépression, sunnonte la fosse. Orientée NI O"E, légèrement
oblique par rapport à la fosse elle s'étend sur plus de
30 km de longueur (fig. 7). Celte ride, dont la largeur diminue vers le Nord, di sparaît à 25°58'S (fig. 8: profils
68, 54, 52 ct 50). A ce niveau, la gounière bordant la
ride rejoint la fosse qui présente une virgalion vers
l'Ouest. Nous interprétons celte ride comme une écaille
du bas du mur inteme, limitée à l'ouest par un accident
chevauchant. la morphologie du mur interne du profLI 66
diffère fonemen t de celle des profils situés immédiatement
au Sud (nO68) ct au Nord (nO54). La pente, au-dessus de
la ride précédemment décrite, est plus régulière et plus
fone. De plus, l'axe de la dépression et le sommet de la
ride sont décalés d'environ 1 km vers J'Est et sont plus
profonds de 200 à 300 m par rapport aux profils voisins.
A ce niveau. la fosse se situe également un peu plus à
l' Est ct un graben majeur du mur externe s'engage obliquement en subduction. La morphologie et les données
de sismique réflexion indiquent qu'une partie de la base
du mur interne a glissé, venant remplir le graben de la
plaque plongeante (fig. 7 et 8: profil 66).
En allant vers le nord, à l'approche du point d 'impact, la
penle du bas du mur interne augmente rapidement pour
fonner un escarpement de 2 500 m entre la fosse ct un
massif en fornle de plateau à contre-pente (fig. 8: profil s 52, 50. 48, 46 ct 44). Ce massif culminant à moins
de 4 ()(X) m ne se situe pas directement dans le prolongement de la chaîne de Louisville mais existe déjà à plus
de 30 km au Sud-Ouest du point d'impact. Cependant, il
est sans aucun dOUle, lié à la ride puisqu ' il apparaît dans
la zone d' interaction. li semble résulter d'écaillages suecessifs induisant un soulèvement du mur interne lors de
r engagement en subduction du flanc de la ride.
Juste à l'ouest du point d'impact, un dôme cireulaire de
7 km de diamètre ct culmi nant vers 5250 m, sunnonte le
seuil de la fosse de 300 m (fi g. 5 à 7) Sur le profil sismique passant à l'aplomb de cette structure (fig. 8 : profil
42), un accident chevauchant apparaît à l'Ouest du dôme
alors que de nombreuses diffractions rendent délicate l'interprétation du contact eOlre ce dôme et le mont sous-marin obstruant la fosse, contact qui correspond latéralement
à la frontière des plaques. Sur la base des données de
bathymétrie ct de sismique réflexion, ce dôme est interprété comme un petit mont sous-marin de la chaîne de
Louisville accrété à la base du mur interne.
A l'inverse du domaine sud, le mur interne, au Nord du
point d'impact. présente un relief très irrégulier (fi g. 5 à
8: profils 38, 36 et 7 1). Le tr..it morphologique majeur
LA FOSSE
Elle présente un seuil majeur vers 5500 m de profondeur
(25°44 'S-175"22,S'W) juste à l'ouest du mont satellite du
guyot Osbourn. A ce niveau, le contact des plaques surmonte de près de 9(X) m le fond d'un graben de la plaque
plongeante (6400 m) situé 18 km plus à l'est (fig. 8 : profil 42). Au Nord de ce col étroit. la fosse est orientée N2025°E alors qu'au Sud, eUe a une direction subméridienne.
Celle direction N-S inhabituelle pour la marge des Tonga-Kemladec, est sans aucun doute induite par l' arrivée
de la chaîne de Louisville. car plus au Sud, la fosse reprend sa direction générale N20"E parallèle au système
Tonga- Kennadec (fig. 2). La morphologie de détail de la
fosse est contrôlée par les horSL~ ct les grabens du mur
externe passant plus ou moins obliquement en sulxluclion
(fig. 7 ct 8). La fosse est dépourvue de remplissage sédimentaire important. les sédiments océaniques des derniers
grabens ou hon;ts étant légèrement basculés vers J'ouest.
Cependant quelques réllecteurs subhorizontaux existem
localement au fond de la fosse (fig. 8: profil 50). Le
contact des plaques est marqué par une anomalie gravimétrique négmive de -190 à -130 mgal. légèrement déphasée de 4 à 5 km vers J'Ouest par rappon à la fosse,
le haut relatif (- 130 mgal) coïncidant avec le seuil (fig. 9).
68
SUBDUcnON DE LA RIDE DE LOUISV ILLE
correspond à une ride d'environ 2000 m de dénivelée et
culminant à 2550 m. Celle ride s'allonge sur au moins
25 km selon une direction N-S dans l'elttrémÎté nord-ouest
de la zone d'étude. Située dans le prolongement de la
chaîne de Louisville, elle pourrait sur de simples critères
morphologiques, correspondre soit à un massif vokanique
incorporé au mur interne, soil à une portion de mur interne
soulevée au-dessus d' un guyot déjà subduclé. Au vue des
données de magnélisme et de gmvimétrie (fi g. 9), il apparaît peu probable qu ' il s'agisse d' un maîllon accrété de
la chaine de Louisville. En effet, bien que cette ride culmine à des profondeurs proches de celles du guyot (2 550
contre 2000 m), clic induit des anomalies magnétique et
b'favimétrique relalives beaucoup plus fa ibles que celles
dues au guyot ( 150-200 nT et 50-60 rngal contre 1 500 nT
et 220-230 mgal). Au pied de cette ride, de 4000 à
6000 m de profonde ur, le mur interne se caractérise par
une morphologie en gradins, contrôlée par des accidents
N20"E (fi g. 5, 7 et 8: profils 38, 36, 7 1). Ces gradins
sont, soit inclinés à contre-pente, soit séparés par des dépressions dontlcs nancs aussi bien occidentault qu'orientaux correslX'ndent à des escarpements de plusieurs
centaines de mètres de hauteur. La morphologie évoque
une tcclOnique en faille normale avec des effondrements
vers la fosse, A la base du mur interne (fig. 7 ct 8 : profils
38. 36 ct 7 1). des petites structures N20"E parallèles à la
fosse, évoquent un maigre prisme d'accrétion développé
soit aux dépens d' unités glissées, soi t aux dépens de sédiments de la plaque plongeante plus épais aux alentours
de la ride de Louisv ille.
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FigUf<: 9
Cartes gra,·irné lriquc CI m.:Ignéli4lJC de la 7.()11C de jollClion ri de ·fosse. 1 : frolltihc des plaques, 2 : seuil de la fosse. 3: COlllour du guyOl. Osbou m.
4 : limite de la plaIe-forme sommitale du guyot.
l'ru uir grm'if] and .oogMfic anonktlir l ",aps of Ihe l.QuiS\·ille ridge· frI!fIch j UfIC /iun urell . , : pl,.,,, boundllry, 1; j U/ u! the Irench, 3 : OlbQurn
/{U)'OI CQn/(JUr. 4 : I UI''''Û/ plain CONO/lr u! ,he guyot.
69
B. PELLETIER, J, DUPONT
WNW
ESE
2550m
S~m
12
-
,
,
7000",
11
,
,
10
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6700",
6150m
OSBOURN
,
('-- 6
6 l 00m
,
5
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,
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5---
,
,
7100m
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7150m
- 2
5- - -
,'1l0"[
VE . S,5
o
lO ~ m
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1
Fi gure ID
Profds halhyl1"éuiqucti ~riés du Sud vers le Nord, à Ir:I.\'ers la ZOOle de j()llClion. Les profil s onl élé 1r:lcés d'après la ca ne Seabeam 5Clon une din:ction
N 110"1:: Cl ali gné s sc ion uoc dircclion N2O"E parallèlement il la direelion génér.llc de la marge dcti Tonga-Kermadec. La 7-OI\C hachurée cOITCspond 11
l'L5caille du pied du mur imemc au Su d du poim d'impact
Halll )'m('l,;r p rfJ/iles fllol/(·If f rolt! sOl/lh 10 nOr/h m'rOH Ihe j I/oc/ion arca, Pf(Jfi/~J /If(' oos('d Olt u nlxam ",op, oriollurcd NI/d',; und aligncd on rhe
Ifl'nd N2ff'F. lu/ml/"Iy ta IIU' main dir.'niolt of Ihe Toltga-Kermadec ,1 r.hdItCliml :Olle, /Iu/chl!ll :olle reprcseltls ull imbrù:atcd IIl1il al Ihe foot of Ille
ill/lI'r 'Hill, soU/h uf imef.ll'<.1ialt point.
WNW
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Fig ure I I
e "OIUlio n dl.: la morphologie lors du passage de la ride , Le s numéros des profil s corresponde nt il cc ux de la figure 10, Un pro fil sil ut en face de 1:1
ride {numéro 7) a él~ comparé avec des profils Siloés re specli,'ernem au sud (numéro 1) cl au nord (numéro 11) du poi nt d'impact La fosse eSI
marquéc par une perire fl èche, Les Il èclto:s plus grosses indiq ue nl le sou lè\'e ment , l'e ffondrement ct le déca lage des structu res,
t>!n fpholnx;,al rI"mg<'s ù[(lrll,'"d by /h" passage of 1111' ,,'lIgl', Thr 1I 1f/ll1Hr.; rrff( 10 Ihl' profil" of Ih.' figrm' 10, Il profile in frolll of Ihe ridge (number
7/ i. f"f»IrJlar,d " ùlr prfJ/ilrs 10cuœJ rf'$prf'li"e!y south (ltumbu f) and nor/II (number 1/ J of Ille jUltelian poilll, Smlill arrO"'$ illdicatr lire posiliolt of
11r.' /fel/ch, Lorge arrn"'$ iIIlos/ruI<' Ihl' /lplifl , fal/upJ't' alld skifl of rhe !/rUCII"es,
70
SUBDUcnON DE LA RIDE DE LOUISVILLE
tement moins visible et orienté N60-70"E (fig. 14). Ce réseau semble correspondre au grain originel de la croûte
océanique. En effet, la seule anomalie magnétique, d'environ 200 nT d'amplitude relative, clairement identifiée
sur la plaque plongeante est orientée N80"E et rappelle
par sa direction celle des failles transverses (fig. 16). Des
fractures de direction identique (N70"E) ont également été
décrites 50 à 100 km plus au Nord (Lonsdale, 1986).
DISCUSSION
Afin de mieux appréhender les effets du passage de la
ride sur la fosse et la morphologie du mur interne, nous
avons réalisé une série de 12 profils bathymétriques basés
sur la carte Seabcam, perpendiculaires à la direction générale N20"E de la marge des Tonga-Kennadec (fig. 10).
Ces profils ont été alignés selon cene direction N20"E afin
de pouvoir les comparer ct de suivre l'évolutîon depuis
un profil typique au Sud du point d' impact jusqu'à un
profLI caractéristique au Nord du point de jonction
(fig. Il).
Lon; de l'engagement de la ride (fig. 10: profils 1 à 7-8),
la fosse devient de moins en moins profonde et migre
régulièrement vers l'ouest. Parallèlement, une augmentation de la pente (de 4 à 13°), un soulèvement (1 500 m)
et un rétrécissement (17 km) affectent le mur interne
(fig. Il). Seul le bas du mur interne est soulevé, le
domaine initialement situé vers 4500 m de profondeur
restant stable. Soulèvement et rétrécissement semblent
résulter de sous-charriages comme le montre le disparition
vers le Nord de l'écaille du bas du mur interne décrite
précédemment et représentée sur la figure 10 par des
hachures.
Au Nord du point d'impact (fig. 10: profils 10 à 12), la
position de la fosse reste fixe, le bas du mur interne antérieurement soulevé s'effondre alors que la partie plus
interne de la pente continentale semble se soulever. Les
variations morphologiques suggèrent qu' une onde liée à
la subduction de la ride migre vers l'Ouest dans le mur
interne, soulèvement et effondrement se succédant en un
même lieu (fig. 11).
Juste au point d'impact, nous avons vu qu'un mont de la
ride accrété à la base du mur interne pouvait ex ister. Cependant, celte accrétion apparaît limitée aussi bien dans
l'espace (petit massif) que dans le temps (effondrement
postérieur).
LA FOSSE
Elle est fonnée de deux bassins en échelon limités à l'Est
par les fai lles du mur externe el à l'Ouest par un escarpement majeur d'environ 900 m (fig. 12). Le bassin septentrional atteignant plus de 10 t))() m de profondeur est
orienté N15°E, parallèlement aux horsts et grabens de la
plaque plongeante. Le bassin méridional est légèrement
moins profond (9700 m) et allongé NIO"E, très légèrement oblique aux escarpements majeurs, ici méridiens, du
mur externe (fig. 14). Le seuil entre les deux bassins et
les petites inflexions de la fosse apparaissent en face des
fractures N6Q"-70"E du mur externe. La morphologie aussi
bien transversale qu'axiale de la fosse est donc largement
contrôlée par les structures de la plaque plongeante. L'absence de remplissage sédimentaire important au fond de
la fosse suggère que les matériaux provenant d'éboulements le long des flancs très escarpés sont rapidement
subductés. Le contact des plaques est marqué par une anomalie gravimétrique de - 300 à - 240 mgal décalée de
4 km au max imwn vers l'Ouest par rapport à l'axe de la
fosse (fig. 16).
LE MUR INTERNE
La morphologie du mur interne est gouvernée par deux
directions structurales (fi g. 14 et 15). La première est
orientée N-S à NI5"E, parallèlement à la fosse et aux
structures du mur externe; elle est soulignée par l'abrupt
rectiligne bordant la fosse et par des escarpements de plusieurs centaines de mètres structurant la pente interne en
horsts, grabens el gradins souvent inclinés à contre-pente.
Des bassins suspendus à fa ible remplissage sédimentaire
jalonnent le pied des escarpements. La morphologie évoque une tectonique en faille normale dont ,'orientation
semble être guidée par les structures de la plaque inférieure, comme cela a déjà été démontré dans la fosse du
Japon (Lallemand el al., 1986). La seconde direction
sttucturale est transverse à la fosse (N 120"- 13O"E); elle
est marquée par des petits ressauts à regard nord par lesquels le mur interne s'approfondit du Sud vers le Nord
(fig. 13 et 14). En effet, à égale distance de la fosse, la
profondeur du mur interne est environ 1 500 m plus
grande au Nord qu'au Sud (fig. 12 et 15: profils A et B).
Enfin le dernier trait important du mur inteme est la présence de dômes culminant vers 3700 m de profondeur
dans le coin sud-ouest de la zone cartographiée (fig. 12),
juste dans le prolongement de la ride de Louisville (fig. 2).
En raison de leur forme el de leur localisation, ces structures sont interprétées comme un jalon de la partie septentrionale de la ride déjà subductée.
La zone a u nord du point d'impact à 24°S
La zone cartographiée sc situe juste au Nord de l'intersection entre la fosse et le bord oriental de la ride de
Louisville (fig. 2). L'objectîf était donc de caractériser les
modifications structurales du mur interne immédiatement
après le passage de la ride.
LA PLAQUE PWNGEANTE
Drapée par une mince couverture sédimentai re de 0.2 à
0.3 s.t.d., la plaque plongeante est intensément découpée
par un réseau de failles normales, la structurant en horsts
et grabens (fig. 12 à 15). Ces failles sont orientées N-S
à N 15°E. Leurs rejets verticaux sont spectaculaires et augmentent vers la fosse. Sur le profil 32 (fig. 15), les trois
grabens si tués à 43, 29 et 18 km de l'axe de la fosse sont
respecti vement bordés par des escarpements de 600. 800
et 1 OOOm. Les rejets peuvent atteindre jusqu 'à 1300 m.
Larges d'environ 3 km en moyenne, les grabens peuvent
se suivre sur 25 km. Ces structures sont interrompues ou
décalées par un second réseau de fai lles transverses, net71
B. PELLETIER, J. DUPONT
w 175·
30
S 24·
30
Carte bathymétrique Seabeam du domai ne étudié à 24°S, au Nord de la zone de jonction e ntre la ride de Loui sv ille el la fosse. Isobathes tous les
100 m . Localisation sur la fi gure 2.
Seabeam bathymetric map at 24°S north of Louisville ridge·trench junction area. Contour intemval is 100 m. Location LI in Figure 2.
TONGA ARC SLOPE
~ l \l ~O C Klll ~ l
OR,IIl\\ IIKI\II R
Figure 13
Bloc diagramme réali sé à partir des données Seabcam rec ueillies à 24°S, au Nord de la zone de jonction, l'observateur regarde vers le NNE (N 15~ ).
L'exagération verticale est de 5, la dimension de la maille de 400 m, l'angle de pl onge ment de la vue de 30°. Une plage de couleur équi vaut à 400 m.
Mesh diagram of the Seabeam bathymetry /wrth of the junetion area. The observer looks loward the NNE (N15°E). Vertical exageration is 5. Angle
of vision is 3(/'. Size of a mesh is 400 m. A color represents 400 m.
72
SUBDUcnON DE LA RIDE DE LOUISV1U.E
,
·····:f'
(1
. -L
".
l1S"W
Figure 14
Cane structurale de la 7.onc d'élude 1t 24"5, 1 : principaux grabens du mur ei\teme, 2 : principales dépressions el ICrrasses de Ja pente interne, 3:
escarpements majeurs de Ja pente interne, 4 : ehcvaud1C:ment principal .1,1 pied du mur interne. 5 : rides, 6: failles normales,
SlructurDl mtlf' of th# study ",TeQ'" 24"S. J : nwjt:W ~Nli"IJ.ind"Nd smh"... fHI tf"l'flLh nw'f .I/npt:. 2 : major /Jwiru and It"uct:s on inMr slopt:. J :
major scarps on iMU trt:l1Ch sfopt:. 4 ." main thrust atfODl cf frt:nch inntr ....u/l. 5 : structural higlts, /5 ." ttOrmol f(llJ.lu .
.w..
E
_ 6000"',';-""'>_
, " 3i
- ......
~...,. .
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y[ . ~.~
"m 1
'J:20 •
r
'34
.
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~
,'
•
•
"
Figure 15
Profi ls bathyllltUlques E-W (32.34) et N-S (A,B) t ITavers la ume d'étude t 24"5. montrant en particulier la morphologie en horsts et grabens de la
plaque plongeante aill$i que la morphologie en grar;lins el l"approfoodisscmcnt vers le Nord de la pente interne. l...ocaIisation de$ profils sur la figure 14.
E-W (32,34) and N-$ (A..B) balhyrMtric prcfr/t:S QCrQSS tilt: study art(l (lt 14"S, s/t(w.'ing tilt: horsts aNi grabt:ns morpholo" cf IlIt: oWt:r slopt: and
tht: sttppnJ mlJrph%gy and tht dttpt:ning /01O'Ot"d tilt: _th of tilt: innu s/cpt. Locmiofl of profila ;s ;n Figun 14.
73
B. PELLETIER, J. DUPONT
,
20 '
CONTOU R
INTER VAL
20MGAL
2/,')0'
FRfE AIR GRAVITV ANOMA LI ES
'"
,
100 Km
Figu re 17
Schéma illustrant CIl carle ct en coupes les errets de la subduction de
la ride obJique de Loui sv ill e sur la /TI(Irp/lOIogie el ta structure de l'an;
insulaire des Tonga-Kennadec. Le s fl~chcs ven le bas el ven la gauche
sur Jes coupe s indiquclll l'effondrement du mur interne el le recul ven
J'Oucst de la fosse cl de J'arc actif. La partie hachurée représellle la
Figure 16
partie du mur interne destinée 11. être ~odI!e.
Schrrrwlic model (mil{) a'ld cross SteliorlS) $Iwwing lire ef/ecrs of lia(
subductio" of Ihe ablUi~ Louis,'ille riJge 01/ t1re morphology f'nd JIT/iC·
"'re of lire Tonga-Kummlec isflVld arc Downward and fe{N·anJ lVrows
on Ihe cross St:clioru i'ldicalt cof/apse and tant/....anJ relreal of the 'n"ch
and the aclive vofcanic cuc. Halchtd zone int/ica/u Ihe par/ion of lhe
j" M r ...·al/ tO bt: ertHkd.
Can es b'TaviTOCuique CI magrM5lique de la 7.oAC d'étude à 24°S. 1 : llOO/o;UÎc magnétique positive. 2: frullli ~rc des plaques. 3: fraclul'I:S Irans·
\li:rliCS caractérisanl probablemem le grain origine l <le la croûte oo!anique..
Fru air grtTl'Îry and "IllgMIÎC anomaliu mops of Ihe Jludy area al 14"5.
1 : positive nwgnt:tic' aflOnwlÎu. l : pl.ale boWldary. J : lTal/S'.t:rsufauJlS
IMt probably indicale Ihe orig inal SlTuelure
of Ihe ocea"ic' cnul.
fondrement rapide du mur interne. L'absence de dépôt sédimentaire dans la fosse indique que les pr<XIuits d'éboulements sont rapidement subductés. La laiUe gigantesque
des grabens du mur externe à ce niveau (fig. 13) favori se
l'érosion du mur interne el Je recul de la fosse vers l'are.
DISCUSSION
Les données morphostruclUrales vers 24"5 suggèrent un
effondrement du mur interne le long de failles parallèles
et transverses à la fosse. Des fractures transverses de
même direction ont également été décrites dans la pl:l!efonne tongicnne et mises en relation avec le passage de
la ride (Dupont ct Herzer, 1985). Ce domaine situé immédiateme nt au Nord de l'intersection fosse - bord oriental de la ride correspond au segment le plus profond de
la fosse des Tonga. à un large recul vers rOuest de l'axe
de la fosse (fig. 2) ainsi qu'à la panie la plus pentue du
mur interne (lig. 3: profils GEO 32 1 et E 306). Il est donc
proposé comme rani déjà fait Lonsdale (1986), Pontoise
el al. (1986). PeUetier ( 1989) et Ballance et al. ( 1989).
que le passage de la ride induit dans son sillage un ef-
CONCLUSION
Il eSI proposé que les différences morphologiques et les
relations spmiales entre les marges des Tonga et des Kermadec résultenl de la subduction de la ride oblique de
Louisville (fig . 17). Deux profils typiques, l'un de la
marge des Kennadec et l'autre de celle des Tonga, respectivement situés avant el après le passage de la ride el
74
SUBDUcnON DE LA RIDE DE LOUISVIU.E
alignés selon la d irection générale de la zone de convergence, illustrent les effets du passage de la ride: érosion
du bas du mur inte rne, subsidence de la moitié inférieure
de la pente interne, maintien en position élevée de la platefonne tongiennc, migration vers l' Ouest de la fosse et de
l'arc actif. La ride de Louisville provoque un certain retard
la la flexion de la plaque plongeante, ce qui génère lors
de la subduction un retrait ve rs l'Ouest de la fosse et
conséculivement un retrait identique de la ligne volcanique. En effet le guyot Osbourn se situe bien à l'Ouest du
prolongement du mur externe de la fosse des Kennadec
(fig. 2). La fosse des Tonga est décalée, comme l'arc acti f,
d'environ 50 km vers l'Ouest par rapport à celle des Kermadec, En outre, le rétrécissement entre le bassin de Lau
et les fossés du Havre se situe à la latitude du point de
jonction ride-fosse. Il est ainsi possible que la subduction
de la ride inhibe localemenl l'ouverture arrière-arc. Le
passage oblique de la ride provoque des processus tectoniques s'accompagnant d'érosion de part et d ' autre du
point d'impact: rabotage en avant et effondremenl en arrière (fig. 17),
Immédiatement après le passage de la ride, le mur interne
s'effondre le long de fractures parallèles ct transverses à
la fosse. Le retrait et la pro fond eur de la fosse sont en
effet maximum juste au nord de l'interaction fosse-fl anc
oriental de la ride. Effondrement, glissement gravitaire et
érosion sont nécessaires pour expliquer celle virgation de
J'axe de la fosse vers l'Ouest. Ces processus apparaissent
guidés et favori sés par les horsts et grabens spectaculaires
du mur externe passant en subduction. Plus au Nord, la
fosse des Tonga est moins profonde et légèrement déplacée vers l'Est. Le recul majeur de la fosse vers 24"S corres pond donc à un profond déséquilibre lié au passage du
bord est de la ride, le bas du mur interne d'abord raboté
au front de la ride puis _porté" par la ride s'effondrant
brusquement et la fosse étant déportée trop lo in vers l'arc.
La ride de Louisville sunnontant la croûte océanique d 'environ 3500 m subducte sans provoquer d'accrétion importante. Entre les deux zoneS cartographiées par
Seabeam, un profil multitrace montre en effet un fon réflecteur sismique visible sur 10 km de distance, pendant
faiblement vers l'arc et situé à 2-3 km de profondeur sous
le mur interne (Scholl et al .. 1987; Ballance et al., 1989).
Ce réflecteur est interprété par ces autcurs conune le toit
d'un guyot de la ride déjà subducté. Ce mont sous-marin
semble être en grande panie absorbé tel q uel, sans être
découpé. Cependant des indices d'accrétion existent également: dôme au pied de la fosse en face du point d'impact (fi g. 7) et débris de sédiments pélagiques datés du
Crétacé supérieur et dragués à la base du mur interne au
Nord de la zone d'impact (Scholl et al., 1987, Ballance
1'1 al., 1989). Cene accrétio n est toutefois temporaire puisque effondrement et érosion gravitaire apparaissent ensuite.
Lors de l'engagement du flanc ouest de la ride, l' axe de
la fosse des Kermadec orienté N20"E prend une direction
N.s. La fosse devienl de moins e n moins profonde (8 300
à 5500 m) et migre progressivement vers l'arc. Ce retrait
vers l 'Ouest de la fosse visible sur la cane Scahcam réalisée à la jonction ride-fosse est d 'environ 15 km mais
atteint 45 km depuis la lenninaison N20"E de la fosse des
Kennadec jusqu 'au point d'impact (fig. 2). Parallèlement,
des c hevauchements, orientés N-S et induits par la poussée
1:l.Iérale de la ride, affectent le bas du mur inteme qui se
rétrécit et se soulève. Le bas de la marge est ainsi écaillé,
poussé et sous-charrié au front du flanc ouest de la ride
qui subducte en balayant la fosse. D'ailleurs la portion
de mur éliminée entre le profil des Tonga et celui des
Kermadec a une dénivelée qui est du même ordre de grandeur (3 000-3 500 m) que celle observée entre le sommet
du guyot Osboum (2 000 m) et le fond océanique environnant (5 QCO..5 500 m), le seuil de la fosse (5500 m)
étant aussi 3000-3500 m au-dessus de la profondeur
moyenne (8500-9000 m) de celle dernière. La taille de
la ponion érodée appamÎt liée à la hauteur du relief passant en subduction ct à l'angle de la pente du mur interne.
L'accrétion sub-crustale sous la marge des matériaux du
bas du mur interne rabolés et poussés au front de la ride
expliquerait le maintien en position élevée de la platefonne tongiennc.
Remerciemen ts
Nous rcmerdons vi vement le Commandant et l'équipage
du NID Jean Charcot, B. Pontoise (Chef de mission) et
to ute l'équi pe scientifique de la campagne Seapso 5, M.
Monzier pour la relecture du man uscrit, J. Butschcr pour
la réalisation des dessins et J. Le Gat pour les travaux de
dactylographie. Nous remercions également les trois correcteurs d'Oceanologica Acta dont J.A. MaJod pour leurs
critiques constructives.
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