Ts, partie 4 :
La convergence lithosphérique et ses effets

I : La subduction :
A : Les marqueurs de cette marge active :
1) marqueurs morphologiques (topographiques) : p145 à 147 : Le relief positif correspond à une chaîne volcanique qui perce la plaque chevauchante : la cordillère sur une croûte continentale, l'arc insulaire sur une croûte océanique.
Le relief négatif présent pour toute zone de subduction est la fosse océanique parallèle à la chaîne volcanique. De l'autre côté de l'arc insulaire par rapport à la fosse, peut se développer un bassin d'arrière-arc sur une plaque chevauchante océanique.

2) marqueurs géologiques : p148 à 151: Des déformations importantes de la lithosphère témoignent d'un épaississement de la croûte et du raccourcissement de sa surface. Deux plaques en convergence se reconnaissent aux 2 structures tectoniques typiques : les failles inverses marquant les 2 croûtes face à face et le prisme d'accrétion formé de plis eux aussi faillés en écailles en éventail, construites par la croûte chevauchante rabotant les sédiments marins de la croûte subduite (voir profil sismique). Ces prismes sont localisés à la frontière entre plaque subduite et plaque chevauchante, remplissant peu à peu la fosse de subduction.
Le magmatisme associé se traduit par la présence de plutonisme volcanisme correspond à une lave visqueuse car riche en SiO2, caractéristique de zone de subduction. Les gaz étant plus difficile à expulser, ce volcanisme est explosif, il laisse des roches volcaniques acides : andésite (étudiée dans les Andes) ou rhyolite.

3) marqueurs géophysiques : Ces manifestations tectoniques ont une distribution géométrique : les séismes matérialisent la plongée de la plaque subduite à l’intérieur du manteau plus chaud et ductile. La surface de cette plaque solide immiscée dans l'asthénosphère jusqu'à plusieurs centaines de km, s'appelle plan de Wadati-Bénioff. Son angle par rapport à l'horizontal varie selon le type et l'âge de la plaque subduite, ainsi que la vitesse de convergence. Il est proche de 90° en cas de croûte chevauchante océanique, plusprêt de 45° en cas de croûte chevauchante continentale.
p153 doc3 : Les isothermes indiquent la présence d’anomalies géothermiques. Un flux faible au dessus de la fosse s'explique par la plongée de la croûte subduite. Celle-ci reste froide parce que la vitesse à laquelle elle s’enfonce est trop importante pour qu’elle puisse atteindre l’équilibre thermique avec son environnement.
En revanche, le flux élevé à la base de la croûte de la plaque chevauchante reflète l’ascension et l’accumulation de magma en lave andésitique.
Les mesures du champ de gravité terrestre montrent des anomalies gravimétriques qui indiquent que la distribution des masses rocheuses n'est pas uniforme en profondeur.

B : Moteur de la subduction :
p144 La convergence lithosphérique est caractérisée par le rapprochement de repères fixés aux plaques, par une destruction de surface lithosphérique, par la formation de reliefs. Les effets paraissent stables à l’échelle humaine, mais ce sont des phénomènes qui ont pris du temps.
La subduction est l'enfoncement de lithosphère océanique dans l'asthénosphère , sous une plaque continentale (sédiments, granite et granitoïde d=2,7) ou sous une autre plaque océanique plus récente (sédiments, basaltes et gabbros d=3,3).
Une grande partie des zones de subduction actuelles sont réparties autour de l'océan Pacifique, appelé la "ceinture de feu", elle implique les plaques Pacifique, Nasca, Coco et Juan de Fuca. On compte également la subduction de la plaque de Nazca sous la cordillère des Andes et celle de Mer de Chine Méridionale sous les Philippines.
p152 : La différence de densité entre lithosphère océanique et asthénosphère est un des moteurs essentiels de la subduction. La densité de la lithosphère océanique peut être calculée à partir des densités moyennes de la croûte océanique et du manteau lithosphérique. La lithosphère océanique qui s’éloigne de la dorsale est d'autant plus épaisse et hydratée qu'elle est âgée : vers 100Ma, sa densité dépasse la densité de l’asthénosphère.

C : Conséquences de cette subduction :
1. Métamorphisme :
p168, 167 : En surface, la croûte océanique qui s'écarte l'axe de la dorsale s'hydrate et se métamorphise à faible température et pression, c'est le faciès à schistes verts : plagioclase + H2O => actinote + chlorite
Le long du plan de Wadati-Bénioff, les roches de la croûte subduite se déshydratent. Des minéraux caractéristiques du métamorphisme de haute pression, basse température apparaissent : glaucophane et jadéite dans le faciès à schistes bleus, puis après accentuation de la déshydratation à plus grande profondeur, grenat et jadéite dans le faciès éclogites.

2. Magmatisme :
p169, 166 : L'eau échappée de la plaque en subduction remonte hydrater le manteau de la plaque chevauchante au-dessus du plan de Bénioff, abaissant le point de changement d'état des péridotites, ce qui provoque leur fusion partielle .
p164, 165 : Ce magma moins dense remonte alors le long des failles, donnant un volcanisme explosif. Ce magma peut aussi se refroidir lentement profondeur donnant des granitoïdes. La genèse de ces roches continentales est donc liée à la subduction, c'est pourquoi les volcans sont disposés et alignés parallèlement à cette marge active.

TP 4a : Analyse de cartes, coupes, photos, données sismiques à caractéristiques des marges actives + construction de plan de Bénioff

ex5 p176

Le raz de marée de Noël 2004 en indonésie a été provoqué par la subduction de la plaque océanique indienne

II : Collision continentale et obduction:
A : Définitions :
La collision résulte de la convergence de deux lithosphères continentales. Elle fait suite en général à une subduction et conduit à la formation d’une chaîne de montagnes.
L'obduction est la conséquence de cette collision : de la croûte océanique de marge passive est hissée au sommet de la montagne.

B : Les marqueurs de collision :
p178, 179 : Les marqueurs topographiques : le très fort relief d'une chaîne de montagnes marque la zone de collision entre 2 croûtes continentales. Les profils sismiques indiquent la présence d'une racine crustale qui est présente jusqu'à plus de 50km de profondeur. Au fur et à mesure, l'érosion et la poussée d'Archimède gommeront les extrêmes positifs et négatifs.
p188 : marqueurs géologiques : Les structures tectoniques caractéristiques d'un raccourcissement sont toutes présentes : plis, failles inverses, nappes de charriage, diapir, flyschs.

C : La fermeture d'un ancien océan :
p180 à 183 : Les témoins de l'existence d'un océan disparu sont les ophiolites formées de sédiments marins, basaltes et gabbros plus ou moins métamorphisés (métabasalte filonien, métagabbro, méta péridotite, calcschiste). Ces roches étaient voisines de blocs basculés, séries sédimentaires de talus continental.L'ensemble constituait la marge passive (paléomarge). Le phénomène issant les ophiolites en montagne s'appelle obduction.
p184 : Les témoins de la subduction ante collision sont des schistes bleus et éclogites en altitude.

TP4d : le Chenaillet : échantillons, poly, travail de groupe à modélisation à schéma bilan p192

ex 8 à 10 p203, 204

Ex6 et 7 p202

sites :
géologie alpine
schéma bilan
Ophiolites d'Oman

QCM de 1S
et QCM de TS
pour s'entrainer