STAGE - LE RENOUVELLEMENT DE LA LITHOSPHÈRE

Un exemple de distribution des foyers sismiques en zone de subduction : l’archipel des Mariannes, avec sa fosse éponyme.

Comme on le voit sur ces images, l’archipel des Mariannes est un chapelet d’îles ayant une forme d’arc. On parle d’arc insulaire. En zoomant sur cette localisation, on observe très clairement cette bathymétrie ainsi qu’une fosse très profonde, la fosse des Mariannes. La bathymétrie est la science qui étudie le relief sous-marin afin de déterminer sa topographie.

Avec le logiciel Sismolog, il est possible de voir une vision 3D de la région. On voit ainsi très nettement le chapelet d’île, contenant de nombreux volcans disposés parallèlement à la fosse. On retrouve aussi dans cette vue 3D la disposition des foyers sismiques. Ils sont eux aussi parallèles à la fosse.

Lorsque l’on fait une coupe transversale, perpendiculaire à l’alignement des volcans, on observe que les foyers sismiques des séismes sont distribués selon une ligne, qui en 3D donnerait en réalité un plan. Ce plan est appelé plan de Wadati-Benioff.

Schématisons maintenant ce que nous avons appris grâce au logiciel Sismolog sous forme d’une coupe transversale :

On a vu sur les précédentes images que les foyers sismiques s’alignent sur un plan, et que les séismes peuvent atteindre jusque 700 kilomètres de profondeur. Le repère de profondeur partira donc de 0, pour atteindre -700 kilomètres. On ajoutera également la valeur -100 kilomètres.

On va ensuite tracer une plaque avec un fort angle de pendage, qui va donc « plonger ». Cette plaque est formée de croûte océanique, ainsi que d’un manteau lithosphérique très épais. L’ensemble de la plaque est donc très dense, très lourd, ce pourquoi elle peut plonger dans l’asthénosphère. La plaque plongeante est représentée en vert, car elle est essentiellement composée de péridotite.

Les séismes superficiels sont représentés en jaune, ceux à profondeur moyenne en rouge, et ceux à forte profondeur, c’est-à-dire autour de 700km, en noir. Comme évoqué précédemment, la plaque lithosphérique plonge dans l’asthénosphère. En face de cette plaque plongeante, une autre plaque, appelée plaque chevauchante est présente, elle-même composée de croûte et de manteau lithosphérique. A la surface de cette deuxième plaque, on observe un volcanisme actif. Certains de ces volcans émergent au-dessus du niveau de la mère.

Il est essentiel de comprendre qu’en temps normal, on ne peut pas avoir de séismes au-delà de 100 kilomètres de profondeur. En effet, un séisme correspond à une cassure brutale de la roche. A partir de 100 kilomètres, cette cassure n’est plus possible car l’isotherme 1 300°C est atteint, c’est-à-dire la limite entre la roche rigide et ductile. Comment expliquer la présence de séismes à des profondeurs de 700 kilomètres ?

On explique cela par le plongement de matériaux rigides, et donc cassant, c’est-à-dire de lithosphère. Ce plongement s’explique par la forte densité de la lithosphère, bien plus dense que celle du manteau sous-jacent. La densité de la lithosphère est ainsi le moteur de la subduction.

La distribution des foyers sismiques en zone de subduction se fait selon un plan, le plan de Wadati-Benioff. Cette distribution particulière met en évidence l’existence d’une lithosphère cassante, rigide, plongeant dans l’asthénosphère ductile au sein de l’archipel des Mariannes. Ce plongement est également visible de par la fosse des Mariannes, qui délimite la plaque lithosphérique chevauchant de celle subduite.