Chapitre 5 : LA CONVERGENCE LITHOPSHERIQUE ET SES EFFETS

Chapitre 5 :
LA CONVERGENCE LITHOPSHERIQUE ET SES EFFETS
Introduction
Définition : LITHOSPHERE : enveloppe rigide constituée par la croûte (océanique
(basalte et gabbros) et continentale (granite)) et le manteau (péridotite). Elle est
découpée en plaques rigides peu déformables mais mobiles les unes par rapport aux
autres.
Problème : Quelles sont les conséquences de la convergence lithosphérique ?
I Convergence et subduction
A : Caractéristiques d’une zone de subduction
Exemple : subduction de la plaque Nazca sous la plaque sud-américaine
1) Présence de reliefs particuliers
OCEAN :
- Fosse au niveau de la subduction :
C’est une dépression parallèle à la cote et profonde ‘environ 6 à 8 milles mètres.
Il s’agit d’un relief négatif
- Prisme d’accrétion :
C’est un relief positif formé par les sédiments océaniques plissés et faillés
CONTINENT :
- Chaîne de montagnes :
C’est un relief positif en forme de cordillère longue de près de 6000 Km, haute
d’environ 6000 m et parallèle à la cote. C’est le lieu de nombreux séismes et volcans.
2) Déformations lithosphériques importantes
- Dans la plaque Sud Américaine : de nombreuses failles inverses et plissements
indiquent un raccourcissement important des structures compatibles avec une
poussée perpendiculaire à la fosse (convergence). Ce raccourcissement est
compensé par une élévation des reliefs (6000 mètres).
- Dans la plaque Nazca (figure 3) : la profondeur des épicentres des séismes
augmentent au fur et à mesure qu’on s’éloigne de la fosse (vers l’ouest) : ils
matérialisent la plaque océanique pacifique (appelé Nazca dans cette partie) sous la
plaque Sud Américaine. L’inclinaison du plan de plongée appelé plan de Bénioff est
faible : entre 15° et 30°.
3) Répartition particulière du flux de chaleur
- Anomalie thermique négative au niveau de la fosse : la plaque océanique plongeante
s’enfonce plus vite qu’elle ne se réchauffe.
- Anomalie thermique positive en arrière de la fosse : la température forte dans la
plaque chevauchante est compatible avec l’intense activité magmatique observée en
surface (volcanisme andésitique) et en profondeur (granitoïdes).
BILAN : la subduction d’une plaque océanique sous une plaque continentale est
caractérisée par une activité magmatique tectonique affectant la marge : on parle
de marge active.
B : Les mécanismes à l’origine de la subduction
1) Inventaire des zones de subduction
- Constat 1 : les plaques plongeante sont toujours océaniques (jamais continentale)
- Constat 2 : le plan de Bénioff est peu incliné dans le cas Océan/contient et très
incliné dans le cas océan/océan.
2) Bilan : la plaque plonge sous l’effet de son poids
- On sait que la densité de la croûte océanique (2.9) est supérieure à celle de la
croûte continentale (2.7). La croûte continentale ne peut donc plonger sous la croûte
océanique.
- On sait également que la croûte océanique se refroidit quand elle s’éloigne de la
dorsale. Ce refroidissement augmente la densité de la croûte jusqu’à des valeurs
supérieures à celles du manteau (3.25). Dès que cette valeur est atteinte, la croûte
océanique plonge quel que soit l’endroit. C’est pourquoi le pendage des subductions
océan/océan est si fort.
C : Les conséquences de la subduction : magmatisme et métamorphisme
Les roches de la lithosphère océanique sont entraînées en profondeur. Elles
subissent une augmentation de pression P et de température T (gradient
géothermique). Elles se transforment selon 2 modalités :
- Métamorphisme : transformation d’un roche à l’état solide avec cristallisation de
nouveaux minéraux mais conservation de la chimie initiale.
- Magmatisme : formation d’un magma (bain silicaté fondu) puis cristallisation
rapide et incomplète (volcan) ou lente et complète (pluton).
1) Première étape : métamorphisme (HP, BT) dans la
plaque plongeante
- Evolution métamorphique d’un gabbro
Le gabbro provient de la solidification du magma au niveau de la dorsale.
Au cours du refroidissement il se métamorphose en schiste vert dont la chimie est
la même et les minéraux différents.
De la dorsale à la fosse
Plagioclase (fedspath) + pyroxène + EAU Amphibole
Le gabbro au niveau de la fosse est donc fortement hydraté.
De la fosse au manteau
Au cours de son enfoncement, le schiste vert se transforme en schiste bleu puis en
éclogite dont la chimie est la même et les minéraux différents.
Plagioclase + chlorite (SV) glaucophane + eau (SB)
Glaucophane + plagioclase (SB) Grenat + eau (E)
Le schiste vert en se métamorphisant se déshydrate.
BILAN : B.O. : « Au cours de la subduction, les roches de la lithosphère océanique
sont soumises à des conditions de basse pression/température différentes de
celles de leur formation. Elles se transforment et se déshydratent »
2) Deuxième étape : magmatisme dans la plaque
chevauchante
- Genèse du magma : le magma provient de la fusion partielle des péridotites du
manteau au dessus de plan de Bénioff (de 60 à 80 Km de profondeur). Le problème
c’est qu’à cette profondeur les roches sont normalement solides.
- La fusion est due à l’hydratation du manteau par l’eau de la croûte océanique
déshydratée.
- Cristallisation du magma : si le magma arrive en surface, il cristallise rapidement
en roches microlitiques c’est à dire volcaniques (andésite). Si le magma cristallise en
profondeur il forme des plutons de roches grenues (granite ou granodiorite).
SCHEMA ***
II Convergence et collision
Définition : COLLISION : Affrontement de deux masses continentales résultant de
la fermeture d’un domaine océanique. Comme les deux croûtes ont la même densité,
elles résistent à l’enfoncement, ce qui génère d’importants reliefs : Orogenèse.
A : Caractéristiques d’une zone de collision
Exemple : les Alpes Franco-italiennes, chaîne de collision des plaques
Europe/Afrique.
1) La structure d’ensemble en carte
- La chaîne forme un arc Nord/Sud compatible avec une poussée Est/Ouest
- Elle est découpée par de grands chevauchements ou failles inverses qui témoignent
d’un fort raccourcissement des structures compatible avec la convergence.
On retiendra au premier ordre :
A l’ouest du chevauchement pennique frontal (CPF) : plaque européenne
correspondant à l’ancienne marge passive à l’ouest de l’océan Alpin
(sédiments et granite)
A l’Est du CPF : plaque africaine comprenant une partie de l’ancien océan
alpin et de l’ancienne marge passive Est. Toutes ces roches sont
métamorphiques (schiste vert, schiste bleu, éclogite...)
2) La structure en coupe
- Interprétation
-> EPAISSEUR DE LA CROUTE ≈ 60 Km
L’existence d’un Moho dédoublé montre que les deux croûtes continentales
convergentes se chevauchent et forment des reliefs élevés associés à une racine
crustale profonde.
Trias (- 200 Ma)
Eocène (- 50 Ma)
Nappe de charriage
Contact anormal = faille inverse ou
chevauchement
-> ZONE DE FORTE DENSITE
Au coeur de la chaîne se situe l’ancienne lithosphère océanique témoignant de la
présence d’un ancien océan disparu.
B : Les marqueurs de la disparition d’un ancien océan
1) Les marqueurs d’une ancienne expansion océanique
Dans les Alpes affleurent des témoins de marges passives.
-
On observe des blocs basculés du jurassique. Ils correspondent à
l’ouverture de l’océan alpin et témoignent de l’existence de ces marges
passives.
-
Dans les Alpes affleurent des témoins de croûtes océaniques non subduites :
les ophiolites
Les roches observées au Chenaillet correspondent à une croûte océanique typique
(sédiments, basalte, gabbros). Elles ont été charriées sur la croûte continentale lors
de la collision.
2) Les marqueurs d’une ancienne subduction
-
Certaines ophiolites présentent des associations minéralogiques (Grenat,
jadéite, glaucophane) témoignant d’un métamorphisme haute pressions /
basses températures compatible avec la subduction.
-
On peut dans certains cas retrouver la chronologie des réactions
minéralogiques
C : Les Bilan : model simplifié d’une chaîne de montagnes
SCHEMA ***
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