Terminale Scientifique 1 / 2 Deux frontières de - incertae

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Deux frontières de convergence au Japon (sujet de type II.2)
SVT
A partir des seules informations apportées par l’analyse des documents 1 à 3 concernant l’arc insulaire du Japon, de leur
mise en relation et des connaissances relatives à ces informations, nommer et citer les caractéristiques des 2 frontières
de convergence (convergence entre la plaque Eurasie et la plaque Pacifique d’une part et convergence entre la plaque
Eurasie et la plaque Philippine d’autre part) ; montrer des différences, entre ces frontières, consécutives au mouvement
des plaques.
Proposition de corrigé
Introduction
Au niveau du Japon, 3 plaques s’affrontent : la plaque Pacifique, la plaque Européenne et la plaque Philippine. L’objet
de ce devoir est d’identifier la nature des frontières entre la plaque Européenne et la plaque Pacifique d’une part et la
plaque Européenne et la plaque Philippine d’autre part. Quels sont donc les arguments géographiques et géologiques qui
nous permettent d’identifier ces frontières ? Quelles différences -consécutives au mouvement des plaques– peut-on dé-
celer entre ces deux frontières à partir de l’étude des documents ?
I. Caractéristiques communes aux frontières de convergence au large du Japon
1) Fosses et anomalies géothermiques négatives
Les données du document 1 permettent de relier fosses et anomalies géothermiques négatives (c’est-à-dire les valeurs du
flux géothermique inférieures à la normale). Aux deux frontières sont associées des fosses de profondeurs différentes
(fosse du Japon très profonde et fosse de Nankaï peu profonde) et une anomalie géothermique négative (du moins pour les
fosses très profondes). Or nous savons que la présence de fosses témoigne d’une zone de subduction : la fosse étant la mar-
que géographique de la plongée d’une lithosphère océanique (dite subduite) dans l‘asthénosphère. L’anomalie géothermi-
que négative s’expliquant par la pénétration d’un matériel globalement froid (lithosphère océanique subduite) dans une
matière chaude (= asthénosphère). Ainsi, fosses et anomalies géothermiques signent une frontière de convergence de type
subduction.
2) Volcanisme et anomalies géothermiques positives
Le document 1 montre une ligne de volcans parallèle à l’axe des fosses et donc parallèle aux frontières de plaques. Il s’agit
d’un volcanisme explosif comme en témoignent les « maars », les « caldéras » ou les dômes, édifices volcaniques résultant
de l’émissions de laves visqueuses, pâteuses cristallisant sur place. A ce volcanisme est associé une anomalie géothermi-
que positive (= dont les valeurs sont supérieures à la moyenne terrestre). On sait que ces anomalies positives résultent de
la présence d’un magma, magma s’exprimant en surface par le volcanisme explosif. Volcanisme et anomalies géothermi-
ques positives sont donc liées. Le document 2 montre également la présence de ces volcans. Ainsi, nous mettons là en
évidence une 2ème signature des zones de subduction ou marges actives, le volcanisme, à l’origine (en grande partie *1) de
l’anomalies géothermique positive.
3) Une répartition remarquable des foyers de séisme
Le commentaire du document 1 mais surtout le document 2 permettent d’évoquer la répartition des séismes : les foyers des
séismes (ou hypocentres) se répartissent sur un plan (qui est sans doute plus proche d’une surface voilée que d’un plan)
nommé plan de Wadati-Bénioff. Ce plan de Bénioff existe dans les 2 frontières étudiées. L’angle que fait ce plan avec
l’horizontale n’est cependant pas le même dans les 2 cas comme nous le verrons dans le chapitre suivant.
Ce plan de Wadati-Bénioff est en fait la trace de la plongée de la lithosphère océanique subduite sous la lithosphère che-
vauchante dont la nature n’est pas mentionnée dans l’énoncé. Le document 2 montre donc que la lithosphère océanique de
la plaque Pacifique plonge en direction Est-Ouest sous le Japon. A la profondeur 100 km, se trouve de nombreux foyers
sismiques ; à la verticale de ces foyers se trouvent les volcans de type explosif décrits précédemment. Or on sait que c’est
à cette profondeur que le manteau supérieur hydraté de la plaque chevauchante commence à fondre en produisant un mag-
ma à l’origine du volcanisme explosif. En considérant alors la plaque Philippine et la trace volcanique au Sud du Japon, on
peut en déduire, pour les raisons précédentes que la plaque lithosphérique océanique Philippine plonge aussi sous la plaque
Eurasie.
4) Les vitesses de déplacement des plaques
Les vecteurs du déplacement relatif des plaques sont indiqués sur le document 1 : les plaques s’affrontent. Nous savons
qu’il y a deux modalités liées à la convergence : la subduction et la collision. Or tous les arguments développés précédem-
ment militent en faveur de la subduction océanique. L’absence de continents aux frontières interdit l’hypothèse de la colli-
sion.
5) En guise de conclusion partielle...
Les frontières de convergence entre les plaques Eurasie et Pacifique d’une part et les plaques Eurasie et Philippine d’autre
part sont donc caractérisées par des marqueurs disposés sur des lignes parallèles à ces frontières : des marqueurs géogra-
phiques (fosses), des marqueurs géologiques (séismes et volcanisme) et des marqueurs géothermiques avec deux bandes
plus ou moins parallèles : les anomalies géothermiques négatives et les anomalies géothermiques positives. Ce sont les
conséquences d’un phénomène nommé subduction, phénomène au cours duquel une lithosphère océanique (les plaques
Pacifique et Philippine plongent sous la plaque Eurasie.
Il reste maintenant à déceler à l’aide des document des différences dans ce phénomène de subduction.
*1 Les anomalies géothermiques positives s’expliqueraient également par les forces compressives créant dans ces zones des frictions productrices de cha-
leur.

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II. Deux modalités de la subduction
1) La profondeur des fosses
Le document 1 nous informe que la fosse du Japon est très profonde (la profondeur dépasse toujours les -7 500 m au
contraire de la fosse de Nankaï nettement moins profonde (les profondeurs dépassent rarement—5 000 m). Comment ex-
pliquer cela ? Le document 3 donne une coupe à proximité de la fosse de Nankaï. On y voit des sédiments écaillés, écailles
empilées les unes sur les autres : c’est un prisme d’accrétion, c’est-à-dire une accumulation de sédiments qui remplissent
partiellement la fosse. Nous savons que cette accumulation de sédiments dans d’autres lieux géographiques –la Barbade–
est telle qu’elle peut remplir la fosse en totalité avec émersion du matériel sédimentaire. Ce n’est pas le cas ici mais le
prisme d’accrétion rend compte de la différence de profondeur des fosses. Il reste maintenant à expliquer pourquoi il y a un
prisme d’accrétion dans la fosse de Nankaï et non dans la fosse du Japon.
2) Les plans de Wadati-Bénioff
Le document 2 permet de calculer le pendage (= angle avec l’horizontale) du plan de Bénioff dans le cas de la frontière
Eurasie / Pacifique : il est de 40 % environ (le calcul se fait en prenant deux points de la droite « de Bénioff », 2 points
dont on connaît les abscisses et les ordonnées : il suffit de faire le rapport des différences des ordonnées de ces points sur la
différence des abscisses). Or le document 1 nous informe que l’angle est beaucoup plus faible dans le cas de la frontière de
Convergence Eurasie / Philippine (< 15 °) . Pourquoi la plaque Pacifique s’enfonce t-elle différemment de la plaque Phi-
lippine ?
3) Les vitesses de déplacement des plaques lors de la subduction
Les vecteurs « vitesse » (doc. 1) montrent que les direction de plongée diffèrent : globalement Est –Ouest (de l’Est vers
l’Ouest) pour la plaque Pacifique et Sud– Sud-Est / Nord- Nord-Ouest pour la plaque Philippine (du Sud -Sud-Est vers le
Nord-Nord-Ouest) . Le document 1 montre aussi que la plaque Pacifique s’enfonce au moins 2 fois plus vite sous la plaque
Eurasie que la plaque Philippine. La plaque Pacifique plonge donc plus rapidement et avec un angle plus important que la
plaque Philippine. L’angle est tellement important que les sédiments sont entraînés dans la subduction et accompagnent
dans l’asthénosphère la lithosphère océanique. Au contraire dans le cas de la plaque Philippine, l’angle est faible ==> le
sédiments, légers, ne sont pas entraînés en profondeurs car véritablement raclés par la plaque chevauchante. Il en résulte
cette accumulation d’écailles superposées de matériel sédimentaire. Il reste à évoquer l’origine de ce mécanisme.
4) Origine des différences constatées
On sait que l’angle de plongée des plaques est dépendant d’une part du poids du matériel lithosphérique océanique plon-
geant et d’autre part de la puissance du mécanisme d’expansion au niveau de la dorsale ou en d’autres termes de l’intensité
des distensions. Aucune information n’est donnée sur l’âge de la lithosphère océaniques (or plus une formation est âgée,
plus elle est épaisse (par le phénomène d’accrétion basale) et donc plus elle est lourde). C’est donc au niveau des méca-
nisme générateurs des plaques Pacifique et Philippine qu’il faut rechercher l’origine des différences constatées aux frontiè-
res.
5) En guise de conclusion partielle….
Au niveau de la fosse du Japon, la subduction se fait avec un angle de plongée important et la lithosphère subduite s’en-
fonce rapidement entraînant avec elle des sédiments solidaires : il en résulte des fosses profondes ; au contraire dans le cas
de la fosse de Nankaï, l’angle de plongée est faible et la lithosphère océanique subduite plonge s’enfonce lentement : le
matériel sédimentaire raclé par la lithosphère chevauchante s’accumule et remplit progressivement une fosse de faible pro-
fondeur.
Conclusion
Les plaques Pacifique et Philippine plongent sous la plaque Eurasie par le mécanisme du subduction comme en témoignent
plusieurs marqueurs : (fosses, volcanisme, séismes et anomalies géothermiques. Cependant la plongée des plaques subdui-
tes diffère tant en direction qu’en intensité ; dans le cas de la frontière Pacifique les sédiments sont entraînés dans le méca-
nisme de subduction et les fosses sont profondes ; dans le cas de la frontière Philippine, les sédiments raclés par la plaque
chevauchante s’accumulent pour former un matériel très déformé : le prisme d’accrétion.
Hors sujet, pour aller plus loin ….
Le bloc diagramme ci-contre montre la complexité des
mécanismes de subduction dans cette région. Les direc-
tions de plongée ne sont pas les mêmes, mais l’épaisseur
des plaques comme nous le pensions rend compte de
l’angle de plongée. La plaque Pacifique, lourde, plonge
avec un angle important et emporte dans son mouve-
ment les sédiments qui, au contraire, sont raclés par la
plaque chevauchante Eurasie et s’accumulent pour for-
mer un prisme d’accrétion remplissant partiellement la
fosse de Nankaï.