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Le magmatisme en zone de subduction

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​Introduction :

Les zones de subduction sont des endroits où les plaques convergent et où la lithosphère océanique plonge dans l’asthénosphère. Une subduction peut aboutir à la formation d’une chaîne de montagnes. Cela arrive lorsqu’il y a fermeture et donc disparition d’un océan et collision entre deux plaques continentales.

Les zones de subduction sont caractérisées par une forte activité volcanique.

Une grande partie des zones de subduction actuelles bordent l’océan Pacifique au niveau de ce que l’on appelle la « ceinture de feu ». On retrouve une chaîne de plus de 400 volcans répartis sur environ 40 000 kilomètres de la Patagonie aux Philippines. Les Andes sont des volcans de zones de subduction d’une plaque océanique sous une plaque continentale. Il y a aussi la subduction de la plaque océanique australo-indienne qui passe sous la plaque eurasiatique au niveau de l’Indonésie, responsable du tsunami de 2004.

Nous allons dans un premier temps détailler les caractéristiques du volcanisme en zone de subduction. Nous verrons ensuite quelle est l’origine du magma.

Le volcanisme en zone de subduction

Le volcanisme en zone de subduction est généralement très actif. Il y a des coulées pyroclastiques, c’est-à-dire un mélange de lave, de cendres et des blocs de roches à très haute température.

Les explosions sont très fortes et accompagnées de nuées ardentes, qui sont des nuages de cendres à très forte température, qui contiennent beaucoup de débris. On appelle ce type d’éruption une éruption paroxysmale, c’est-à-dire d’intensité maximale et de courte durée.

La lave forme un dôme qui est détruit lors de l’explosion et reconstitué lors de l’éruption suivante.

Schéma d’un volcan Schéma d’un volcan

Les roches des zones volcaniques sont variées mais présentent des similitudes.

  • D’abord, elles présentent de petits cristaux qui témoignent du refroidissement rapide de la lave, on dit que la roche a une structure microlithique. Ces cristaux sont souvent contenus dans du verre non cristallisé.
  • Ensuite, comme les autres roches des zones de volcanisme en zone de subduction, elles comportent des cristaux visibles à l’œil nu qui sont des minéraux hydratés. Ces minéraux sont typiques des zones de subduction.
  • ​On retrouve donc des cristaux d’amphibole et de biotite.

L’andésite, qui est une roche de couleur grise, est la roche qu’on retrouve le plus fréquemment dans les zones de subduction. Mais il y a aussi de la dacite ou de la rhyolite, de couleur rosée.
La violence des éruptions volcaniques s’explique entre autres par la nature du magma.

Les magmas peuvent être plus ou moins visqueux. Cette viscosité dépend notamment de leur teneur en silice. Lorsqu’un magma est visqueux, il a du mal à remonter ce qui entraîne un refroidissement du magma qui devient alors encore plus visqueux.
La particularité d’un magma visqueux est qu’il empêche les gaz liés à l’éruption de s’échapper, ce qui provoque une explosion lorsque l’accumulation des gaz est trop importante.

  • On sait que les roches des zones volcaniques en zone de subduction sont riches en silice et sont donc à l’origine d’un magma visqueux et donc d’une explosion violente.

L’origine du magma dans les zones de subduction

Grâce à des observations, on sait que l’activité volcanique se situe à environ une centaine de kilomètres de la fosse volcanique.

Schéma des isothermes en zone de subduction Schéma des isothermes en zone de subduction

Ce schéma représente les isothermes en zone de subduction. Le manteau plongeant entraîne une baisse de la température en profondeur. Au niveau de l’activité volcanique, on note que la température est inférieure à celle observée lorsqu’il n’y a pas d’activité volcanique.

Le magma provient de roches en fusion. Il s’agit généralement des péridotites du manteau. Voyons quel est le solidus des péridotites.

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Définition

Solidus/Liquidus :

Le solidus est la courbe de fusion partielle d’une roche. C’est la courbe qui montre dans quelles conditions de températures et de profondeurs la roche commence à entrer en fusion. Le liquidus correspond par contre aux conditions pour qu’une roche devienne liquide.

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Exemple

Prenons par exemple les conditions de fusion d’une péridotite.

Graphique de l’état des péridotites en fonction de la température et de la profondeur Graphique de l’état des péridotites en fonction de la température et de la profondeur

Ce graphique montre l’état des péridotites en fonction de la température et de la profondeur.

Les conditions rencontrées dans les zones de subduction ne permettent pas aux péridotites de rentrer en fusion.
La courbe en pointillés montre aussi le géotherme des dorsales. Dans ces zones, les péridotites peuvent entrer en fusion.

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Définition

Géotherme :

Le géotherme est une modélisation de la variation de la température en fonction de la profondeur.

Graphique des conditions de fusion d’une péridotite hydratée Graphique des conditions de fusion d’une péridotite hydratée

Selon les conditions de fusion d’une péridotite hydratée, le géotherme de la zone de subduction permet la fusion partielle des péridotites hydratées entre 80 et 200 km de profondeur.

En faisant les mêmes expériences avec du basalte qui est la roche caractéristique de la croûte océanique on remarque que même hydraté il ne peut pas entrer en fusion en zone de subduction.

Le magma ne provient donc pas de la croûte océanique qui a plongé lors de la subduction mais du manteau qui est hydraté.

Conclusion :

Les zones de subduction sont caractérisées par un volcanisme intense et très violent. Le caractère explosif de ce type de volcanisme est dû à la forte viscosité du magma car il est riche en silice. Le refroidissement du magma donne de la lave avec des roches microlithiques comme l’andésite.

Ce magma provient de la fusion partielle des péridotites du manteau qui sont hydratées. Le géotherme des zones de subduction ne permet pas aux péridotites sèches d’entrer en fusion car la croûte océanique qui a plongé dans l’asthénosphère a entraîné une baisse de température.