2. La lithosphère océanique est détruite en permanence dans les

2. La lithosphère océanique est détruite en permanence dans les zones de
subduction
Activité : Fonctionnement des zones de subduction. Act 6 p 170
Il existe des plaques rapides avec une vitesse de déplacement absolu > 6 cm/an alors que les
autres sont lentes avec une vitesse < 4 cm/an. Or on constate que les plaques rapides sont
celles qui subductent (comme la plaque Pacifique ou la plaque de Nazca) et les plaques lentes
sont celles qui ne subductent pas (comme la plaque Eurasie ou la plaque Africaine). Il en
résulte que plus la traction gravitaire au niveau des zones de subduction est élevée, plus la
divergence des plaques au niveau des dorsales est elle-même élevée.
Âge des fonds océaniques au contact des basaltes de la croûte
L'âge de la lithosphère océanique n'excède jamais 200 Ma (la lithosphère continentale
atteint par endroit de plus de 4 Ga). Alors que la lithosphère océanique jeune est toujours
située au niveau des dorsales, la lithosphère océanique âgée (d'âge proche de 200 Ma)
est toujours située à proximité d'une fosse océanique, c'est à dire d'une zone de
subduction.
Modélisation thermique dans une zone de subduction.
Le flux de chaleur terrestre ou flux géothermique est la
quantité de chaleur d'origine interne évacuée par unité de
surface et par unité de temps. Il est élevé au niveau des
dorsales mais on observe qu'il diminue de part et d'autre de
celles-ci, au fur et à mesure que l'âge de la lithosphère
océanique augmente.
Tomographies sismiques au niveau des
fosses océaniques.
En avant des fosses océaniques le plan de Wadati-
Benioff marque la plongée d'une lithosphère
océanique dans un manteau plus chaud qu'elle et
ductile. La lithosphère océanique "froide" reste
repérable (en bleu) jusqu'à l'interface manteau
noyau où elle s'incorpore au manteau.

Le Mont Kashima, au large de Tokyo
Le Mont Kashima est un mont sous-marin qui résulte d'un
volcanisme de point chaud. Il est actuellement engagé dans la
subduction (vers l’Ouest, à gauche sur l'image) de la plaque
Pacifique au niveau de la fosse du Japon. Il est coupé par une
grande faille normale (en extension) qui entraîne son versant
Ouest dans la subduction.
Au niveau de la fosse, la croûte océanique de la plaque plongeante est affectée en
surface de failles normales, donc en extension, qui résultent de sa courbure*. Par ailleurs,
l'étude des séismes profonds (en dessous de 100 km) met le plus souvent en évidence des
mécanismes en extension (planet-terre.ens-lyon.fr). Ces observations montrent qu'au
niveau des zones de subduction la convergence des plaques ne s'accompagne pas d'une
collision mais d'une traction gravitaire qui entraîne la plaque océanique en profondeur.
* Les sédiments qui recouvrent la croûte océanique se trouvent coincés et entre les deux
plaques et rabotés. Ils sont, eux, affectés de failles inverses.
La lithosphère océanique âgée coule spontanément dans l'asthénosphère
La densité de la lithosphère océanique (d = 3,0) à proximité de la dorsale est inférieure
à celle de l’asthénosphère sous-jacente (d = 3,25). Quand la lithosphère océanique vieillit,
elle s'éloigne de la dorsale et sa
température diminue de sorte que le
géotherme 1300°C, qui marque la
limite lithosphère asthénosphère,
s'enfonce. La densité de la lithosphère
océanique augmente alors pour deux
raisons parce que sa température
diminue, parce qu’en s'épaississant elle
incorpore du matériel asthénosphérique
plus dense qu'elle. Quand son âge
atteint environ 35 Ma sa densité devient supérieure à celle de l'asthénosphère et elle a
tendance à plonger spontanément dans celle-ci. Elle ne le fait pas forcément car elle est
rigide. Cependant, quand la lithosphère océanique dépasse l'âge de 180 Ma sa densité
devient telle que les forces de gravité l'entraînent obligatoirement dans l'asthénosphère.
Magma : Dans tout ce qui précède, nous n'avons quasiment jamais parlé de magma : c'est le
manteau solide qui convecte. Le magma ne représente qu'un infime pourcentage du volume
de la Terre. Il s'en produit très localement entre 100 et 10 km de profondeur, au sommet des
zones de manteau qui remonte, qui remonte de très profond (les panaches) ou de beaucoup
moins profond (les dorsales). Dans ces zones de manteau ascendant, c'est la décompression
qui entraîne la fusion partielle. Il se produit aussi une fusion partielle du manteau à l'aplomb
des zones de subduction, le plongement de la lithosphère océanique hydratant le manteau
sus-jacent.
Bilan Les données océanographiques montrent que la profondeur du plancher océanique augmente
avec son éloignement et donc avec son âge. Cela suggère un enfoncement progressif de la lithosphère
océanique dans l’asthénosphère sous-jacent.
Aucune lithosphère océanique n’est âgée de plus de 200 Ma, ce qui suggère que la lithosphère âgée
rejoint le manteau au niveau des zones de subduction.
Cette incorporation est visible grâce à la tomographie sismique qui montre l’enfoncement d’une plaque
de matériel froid dans l’asthénosphère.
Au niveau des zones de subduction la densité de la lithosphère océanique est
supérieure à celle de l'asthénosphère. Il en résulte une traction gravitaire qui
entraîne en permanence la lithosphère océanique jusque dans le manteau
inférieur où elle s'incorpore au matériel environnant. Entraînée en profondeur la
lithosphère océanique glisse le long de la LVZ ce qui se traduit par une
divergence au niveau des dorsales.

Schéma récapitulatif

Basalte
Magma enrichi en Si, Al, Ca, Na Croûte océanique
appauvri en Mg Gabbro
Péridotite de fusion Lithosphère
l’asthénosphère partielle Moho
Péridotite de la lithosphère manteau lithosphérique
appauvri en Si, Al, Ca, Na
enrichi en Mg
1300°C
Péridotite asthénosphérique
Asthénosphère
Mouvement de
convection