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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.
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Evolution thermique d'une zone de subduction
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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.
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Subduction d'une plaque océanique
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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. |
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Collision d'un arc volcanique avec un bloc stable de croûte continentale
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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. |
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Modèle numérique d'une collision continentale de type Alpes
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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. |
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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. |
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Subduction en Nouvelle-Zélande
 
Carte tectonique de la Nouvelle-Zélande
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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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