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Convergence et arcs insulaires

jeudi 30 septembre 2010 par Erwan Le Fol

Les arcs insulaires sont des alignements d’îles volcaniques organisés en arcs correspondant à des zones de subduction.
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Carte des reliefs mondiaux
D’après X. Le Pichon, B.C. Heezen, M. Tharp et T. de Rémur.
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Le plus grand nombre appartient à la ceinture de feu dans le pourtour pacifique (ex : arc japonais). Les autres appartiennent à la ceinture téthysienne, de la zone caraïbe à l’Indonésie (ex :arc des Antilles, arc égéen en Méditerranée, arc d’Indonésie dans l’océan Indien...).

1 - Origine des arcs insulaires.

Les arcs insulaires se situent au-dessus du plan de Benioff, sur lequel se trouvent les foyers des séismes jusqu’à 700 kilomètres de profondeur. Il peut s’agir soit de la subduction d’une lithosphère océanique sous une lithosphère continentale, soit de la subduction d’une lithosphère océanique sous une lithosphère océanique.

1.1 - Subduction d’une lithosphère océanique sous une lithosphère continentale.

La subduction océanique, en bordure de continents peut être à l’origine d’arcs insulaires qui se trouvent séparés du dit continent par des mers marginales (qui naissent par extension entre l’arc insulaire et le continent, comme dans l’ouest du Pacifique). Il s’agit d’un volcanisme de type andésitique

1.2 - Subduction d’une lithosphère océanique sous une lithosphère océanique.

Des arcs insulaires peuvent parfois apparaitre en plein domaine océanique, comme c’est le cas de l’arc des Tonga-Kermadec dans le sud-ouest du Pacifique. Là aussi, il s’agit d’un volcanisme de type andésitique :

2 - Éléments structuraux

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Arc des Petites Antilles.
Modélisation 3D par le logiciel Sismolog.
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Arc des Petites Antilles.
Coupe interprétée, réalisée à partir du logiciel Sismolog, dans l’axe de l’île de la Barbade et l’île de Saint Vincent.
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Coupe de l’arc des Petites Antilles. Interprétation d’après le logiciel sysmolog.
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2.1 - La plaque plongeante

La lithosphère océanique se forme au niveau des dorsales médio-océaniques. Au fur et à mesure de l’accrétion celle-ci s’éloigne de la dorsale. En vieillissant, elle s’épaissit et se refroidi, notamment par hydrothermalisme. Sa densité fini par devenir supérieur à celle de l’asthénosphère sous-jacente dans laquelle, elle va s’enfoncer.

2.1 - La fosse.

La fosse est limitée par la plaque océanique plongeante, d’une part et la pente de l’arc d’autre part.

L’effet bulldozer de cette dernière sur les sédiments superficiels accumulés sur la croûte océanique est responsable d’une relief positif particulier : le prisme d’accrétion. Celui-ci peut émerger exceptionnellement émerger comme dans le cas du prisme d’accrétion de la Barbade.

La subduction n’est pas toujours accompagnée d’accrétion. Notamment, au niveau des îles Mariannes, la subduction prend l’allure d’une chute de la plaque océanique (sous l’effet de son poids) qui entraîne l’effondrement de la marge continentale par un jeu de failles en marches d’escalier.

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Aspect des plan de Wadati-Benioff pour les arcs insulaires des Petites Antilles, des Mariannes et des Nouvelles Hébrides.
(D’après Jarrad, 1986)

2.2 - l’arc frontal volcanique.

Ces arcs insulaires volcaniques, généralement récents, s’appuient sur des terrains plus anciens soit accrétés par le processus de subduction soit détaché d’une lithosphère continentale par l’ouverture d’une mer marginale.

Cet arc est l’épiphénomène d’un magmatisme plus profond. En s’enfonçant, la plaque subduite se réchauffer et se déshydrate. L’eau ainsi recueilli, migre vers la péridotites subjacentes est les hydrate. La courbe solidus des péridotites hydratés est alors décallé et vient couper le geotherme permettant la fusion partielle.

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Géoterme et solidus des péridotites hydratées.

Le magma ainsi formé remonte vers la surface et donne soit l’activité magmatique caractéristique de telles zones si il émerge soit des structures plutonique si il n’émerge pas.

2.3 Le bassin d’arrière arc.

Issue d’un mouvement d’extension au-dessus du plan de subduction, la mer marginale a une croûte océanique, parfois complexe, car des fragments de croûte continentale peuvent y rester dispersés.

Généralement, il borde le continent voisin. Mais parfois des arcs résiduels limitant un bassin marginal devenu inactif sont abandonnés au profit d’un nouveau dispositif actif : arc insulaire-mer marginale (bassin de la grenade). Ceci peut se produire plusieurs fois. La mer marginale est alors bordée par l’arc frontal actif d’un côté et par un arc résiduel inactif de l’autre (c’est le bassin marginal inactif le plus ancien qui borde le continent).

3 -Évolution à plus long terme.

Les arcs insulaires actuels ne sont qu’une étape dans une évolution qui conduit à la formation des chaînes de montagnes.

Dans le passé, nombre d’entre elles, notamment les chaînes alpines issues du vaste océan nommé Téthys sont passées par un stade arc insulaire qui s’est achevé dans la collision des continents.

Conclusion

Les arcs insulaires et les cordillères américaines de l’est du Pacifique, ont la même origine liée à la subduction de l’océan Pacifique sous les continents américains. La différence est faite par la mise en place de mers marginales qui séparent les arcs insulaires du continent.

- Quand la subduction est lente, les réaménagements de matière dans le manteau supérieur au-dessus du plan de Wadati-Benioff conduisent à une expansion océanique locale qui donne naissance aux mers marginales ;

- Quand la subduction est rapide, la compression l’emporte et les conditions de la naissance des mers marginales ne sont pas réunies.

Cette dissymétrie du Pacifique témoigne d’une subduction plus active à l’est, puisque la croûte océanique équivalente en âge à celle du Pacifique occidental est déjà passée en subduction sous les Amériques.

Bibliographie

- Dossier pour la science : La croûte continentale, Colléctif.
- Comprendre et enseigner la planète Terre, J.M. Carron, A. Gauthier, A. Schaaf, J. Ulysse et J. Wozniak. Édition Masson.
- Tectonique, P. Nougier. Édition Élipse.
- Magmatisme et tectonique des plaques, B. Mehier. Édition Élipse.


Portfolio

Arc des Petites Antilles.

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