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CHAPITRE 10 : La dynamique des zones de convergence lithosphérique
Dans certaines régions du globe, deux plaques lithosphériques peuvent converger l’une vers
l’autre. L’étude de ces zones permet de caractériser les phénomènes géologiques associés à la
convergence.
Vidéo : Sunrise Eruption at Mt. Bromo, Indonesia - 2016
Problématiques générales : Comment expliquer la présence de volcans dans les zones de subduction
? Comment expliquer la subduction de la lithosphère océanique ? Comment les reliefs de montagne
se forment-ils ?
I/ Les marqueurs et conditions de la subduction
a) La distribution des foyers sismiques
Document a page 230 + tomographie sismique
b) Les conditions de la subduction
Document c page 231
La répartition des séismes au voisinage des fosses est particulière : les séismes se distribuent selon
un plan incliné d’environ 100 km d’épaisseur. Ce plan est nommé le plan de Wadati-Benioff.
Les études de tomographie sismique réalisées au voisinage des fosses révèlent la présence d’une
zone anormalement froide qui coïncide avec le plan de Wadati-Benioff. : la lithosphère ne se réchauffe
que très lentement dans le manteau et elle reste intacte jusqu’à une profondeur importante.
Ces données s’expliquent par le plongement d’une lithosphère océanique froide, rigide et cassante
dans l’asthénosphère ductile.
II/ Le magmatisme des zones de subduction
Les zones de subduction sont des zones au niveau desquelles la lithosphère océanique rigide
plonge dans l’asthénosphère ductile. Ces zones sont le siège d’une activité magmatique importante.
TP11 : le magmatisme des zones de subduction
NB : Texture des roches et refroidissement voir TP enseignement scientifique sur l’éthylvanilline !!
Plus les foyers sismiques sont profonds plus ils sont éloignés de la fosse. Ces foyers s’organisent selon un plan
(plan de Wadati Benioff)
Suite à sa naissance, la lithosphère océanique se refroidit. L’isotherme 1 300 °C (limite lithosphère/asthénosphère)
est ainsi de plus en plus profonde. Or le manteau lithosphérique étant plus dense (3,3) que le manteau
asthénosphérique (3,25) la densité de la lithosphère océanique augmente. Lorsque la densité de la lithosphère
océanique devient plus dense que celle de l’asthénosphère la subduction devient possible.
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Au Guatemala, le volcán de Fuego (« volcan de feu ») s’est réveillé dimanche 3 juin 2018
Anak Krakatau volcanic activity, 24.10.2018.
Les zones de subduction sont le siège
sur la plaque chevauchante d’un
important magmatisme. Celui-ci est
caractérisé en surface par un
dynamisme éruptif explosif, associé à
l’émission de lave visqueuse, riches en
silice et en gaz. Il s’accompagne de la
formation de roches magmatiques
volcaniques (andésites et ryolites).
En profondeur, le magmatisme aboutit à la formation de roches plutoniques (diorites et granites).
Leur composition est diverse car le refroidissement du magma est lent à l’échelle des temps
géologique, et les minéraux cristallisent de manière progressive.
La teneur en silice influence la composition
minéralogique et la viscosité des roches. Plus un
magma est visqueux, plus il remontera lentement
à la surface, il refroidira et aura tendance à
« boucher » le cratère. La viscosité s’oppose à la
migration vers la surface des gaz présents dans
le magma. Lorsque l’accumulation de gas est
trop forte, la pression est telle que le magma
explose.
Documents h, i, j page 233 : Existe-t-il un point
commun aux roches magmatiques formées dans
les zones de subduction ?
Les documents permettent d’identifier une
caractéristique commune aux roches magmatiques
associées aux zones de subduction : une partie de
leur masse est liée à la présence d’eau ce qui se
traduit par la présence de minéraux contenant des
groupements hydroxyles (eau structurale et non
liquide intégrée aux réseaux cristallins).
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Les andésites sont des roches à structure microlitiques (pâte +cristaux), témoignant d’un
refroidissement rapide lié à la mise en place du magma en surface. Ce sont donc des roches
magmatiques volcaniques.
La diorite est issue du même magma que l’andésite mais est entièrement cristallisée et
composée de cristaux collés les uns aux autres : on parle de structure grenue. Les roches encaissantes
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( entourant le magma) ont maintenu la chaleur du magma immobilisé en profondeur, ce qui a permis
à tous les éléments chimiques de s’associer ne formant ainsi que des minéraux. Le magma est donc
entièrement cristallisé en profondeur et forme une masse de roche plus ou moins sphérique appelée
“pluton”. Ce sont des roches magmatiques plutoniques.
III/ La formation du magma dans les zones de subduction
Activité 1 : d’où provient le magma à l’origine des roches des zones de subduction ?
L’étude en laboratoire montre que le basalte sec ou anhydre ne peut fondre : la CO ne peut être
à l’origine de ce magma. Il en est de même pour la péridotite anhydre. Seule la péridotite hydratée
peut entrer en fusion : l’eau a permis d’abaisser le point de fusion. Pour preuve : les minéraux des
roches obtenues à partir de ce magma sont des minéraux hydroxylés (biotite, amphibole). De plus si
on compare une péridotite de dorsale et une péridotite de zone de subduction on note la présence de
minéraux hydratés dans cette dernière (amphiboles, micas).
Explication : Les minéraux des roches magmatiques de subduction sont hydratées. En outre, les
tomographies sismiques montrent que la source du magma est le manteau péridotitique de la plaque
chevauchante, situé entre 80 et 150 km au-dessus du plan de Benioff. A cette profondeur, les
conditions de pression et de température rendent impossibles la fusion des péridotites. En s’enfonçant
dans le manteau, la lithosphère océanique hydratée (dans le domaine des schistes verts) est placée
dans des conditions de P / T telles que les associations minérales changent et libèrent de l’eau. Cette
eau migre dans le manteau de la plaque chevauchante et l’hydrate, permettant la fusion partielle des
péridotites.
Schéma bilan (belin première spécialité SVT 2019)
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IV/ Mobilité des plaques et augmentation de la densité de la lithosphère
Après sa mise en place, la densité de la lithosphère augmente. Elle est liée à l’accroissement de la
denstité des roches qui la compose et à son épaississement (ajout de manteau plus dense que la
croûte et abaissement de l’isotherme 1300°C). Après que la densité de la lithosphère ait dépassé celle
de l’asthénosphère, la lithosphère finit par s’enfoncer dans l’asthénosphère. Ce plongement exerce
une force de traction sur toute la plaque : il est le principal moteur de son déplacement.
ces mouvements descendants participent à la mise en place des mouvements ascendants : le
manteau est ainsi le siège de mouvements de convection.
Un excellent schéma bilan sur l’origine de la production des matériaux continentaux :
https://lh3.googleusercontent.com/Ht8n9k3Tf8fvTAwDByRg3JWBjEsMhYnioMAqnwmced5zP
HjavgEIMTRcIUXu9ufMx0zyrrfX2Z64YUIgi1wKxWE5XxGReI2nH5KPbVUkc6exEnJ6tyVMeVG09
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Vocabulaire :
Chambre magmatique : zone crustale d’accumulation de magma
Dorsale : reliefs sous-marins du plancher océanique de 2 000 à 3 000 km de large, dominant les
plaines abyssales, et dont la profondeur moyenne est de 2 500 m.
Fusion partielle : processus permettant à une roche solide de se transformer en une phase liquide et
une phase solide résiduelle.
Hydrothermalisme : circulation d’eau exploitant la fracturation des roches au cours de laquelle de
l’eau froide s’infiltre dans les roches, s’y réchauffe puis remonte vers la surface.
Métamorphisme : transformation à l’état solide d’une roche préexistante sous l’effet des variations de
pression et de température.
Zone de subduction : zones au niveau desquelles la lithosphère océanique rigide plonge dans un
manteau ductile.