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Evolution thermique d'une zone de subduction

Subduction d'une plaque océanique
Subduction d'une plaque océanique sous une plaque libre
Evolution d'une zone de subduction en zone de collision
Cas particulier de la subduction en Nouvelle-Zélande




CNRS-Géomanips

Modélisation numérique de la collision continentale entre la plaque Australie et la plaque Pacifique dans l'île du sud de la Nouvelle-Zélande.

© M. Gerbault - IRD

Lors de ces vingt dernières années, les expériences analogiques ont mis en évidence le recul des fosses océaniques par rapport au manteau (ce qui est appelé : mouvement rétrograde des plaques subductées), la possibilité de changement de pendage du slab en profondeur ou encore la remontée de matériaux profonds de la plaque plongeante ou de la croûte continentale.

Grâce à des calculs complexes réalisés sur ordinateur, on peut également faire des modèles réduits en contexte de subduction et les voir évoluer dans les conditions que le géophysicien impose.

Les méthodes numériques sont souvent développées à la suite d'expériences analogiques et permettent de prendre en compte les changements minéralogiques (ou changements de phase) et la température d'un matériel durant le déroulement de l'expérience.



 

Evolution thermique d'une zone de subduction

Subduction d'une plaque océanique
Subduction d'une plaque océanique sous une plaque libre
Evolution d'une zone de subduction en zone de collision
Cas particulier de la subduction en Nouvelle-Zélande



Evolution thermique d'une zone de subduction

Dans cette expérience, on peut voir l'évolution des isothermes pendant une subduction. On observe clairement dans ce modèle que le recul de la plaque plongeante est accompagné d'une remontée rapide d'une source chaude provenant du manteau. C'est cette source chaude qui provoquera en partie l'extension arrière-arc et le volcanisme de l'arc insulaire.

 





 

Evolution thermique d'une zone de subduction

Subduction d'une plaque océanique
Subduction d'une plaque océanique sous une plaque libre
Evolution d'une zone de subduction en zone de collision
Cas particulier de la subduction en Nouvelle-Zélande



Subduction d'une plaque océanique

Dans ce cas simple, la subduction est déclenchée par le contraste de densité entre la plaque plongeante et le manteau sous-jacent; il y a peu de friction sur la base et le sommet du modèle.

Pour visualiser d'autres modèles, découvrez le site web de Miroslav Cada.

 

 





 

Evolution thermique d'une zone de subduction

Subduction d'une plaque océanique
Subduction d'une plaque océanique sous une plaque libre
Evolution d'une zone de subduction en zone de collision
Cas particulier de la subduction en Nouvelle-Zélande



Collision d'un arc volcanique avec un bloc stable de croûte continentale

Dans cette expérience, des chercheurs tentent de modéliser la collision d'un arc volcanique (en rouge) avec un bloc stable de croûte continentale (en vert).
On observe un déplacement horizontal de la plaque arrière-arc vers la zone de subduction, pendant que la plaque plongeante se verticalise. Une fois que les deux plaques rentrent en collision, une partie de la plaque arrière-arc est entraînée dans la subduction, tandis que l'autre partie s'amincit par le biais de failles normales.

 





 

Evolution thermique d'une zone de subduction

Subduction d'une plaque océanique
Subduction d'une plaque océanique sous une plaque libre
Evolution d'une zone de subduction en zone de collision
Cas particulier de la subduction en Nouvelle-Zélande



Modèle numérique d'une collision continentale de type Alpes

L'évolution de la subduction dans un contexte de collision continentale reste encore assez difficile à modéliser de manière analogique. L'approche numérique exige des années de programmation.
Voici un exemple d‘une telle expérience appliquée aux Alpes.

 





 

Evolution thermique d'une zone de subduction

Subduction d'une plaque océanique
Subduction d'une plaque océanique sous une plaque libre
Evolution d'une zone de subduction en zone de collision
Cas particulier de la subduction en Nouvelle-Zélande


 

Nous allons voir avec Muriel Gerbault (chargée de recherche à l'Institut de Recherche pour le développement à Toulouse) les apports d'une approche numérique pour mieux comprendre l'évolution géodynamique d'une région complexe.



Subduction en Nouvelle-Zélande


Carte tectonique  de la Nouvelle-Zélande

Il s'agit de modéliser la collision continentale qui se développe depuis environ 6-7 millions d'années entre la plaque Australie et la plaque Pacifique dans l'île du sud de la Nouvelle-Zélande. Le déplacement relatif entre ces deux plaques est environ 3 cm/an en cisaillement et 1.5 cm/an en compression, le long de la Faille Alpine, une énorme structure longue de plus de 450 km, similaire à la faille de San Andreas en Californie.

La connaissance de la géologie de part et d'autre de la Faille Alpine indique que les roches composant la croûte Pacifique sont plus molles que celles de la plaque Australie : ceci est une des hypothèses que l'on inclut dans les conditions initiales du modèle. On applique également une vitesse de convergence de 1.5 cm/an. En revanche, on ne connaît pas précisément le comportement des roches en profondeur, dans la croûte inférieure ou le manteau lithosphérique : on effectue donc de nombreux tests numériques dans lesquels on fait varier les paramètres, jusqu'à ce que l'on obtienne un scénario satisfaisant. Par exemple, si le manteau lithosphérique est trop résistant, le Moho s'épaissira trop par rapport aux observations sismiques : on peut même provoquer la subduction du manteau Australien. Au final, on obtient un modèle qui donne une idée des  zones où les contraintes sont les plus importantes (en rouge)

 

 








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