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[EN VIDÉO] Un milliard d'années résumé en 40 secondes : la tectonique des plaques Des chercheurs ont modélisé les mouvements des plaques tectoniques lors du dernier milliard d'années.

« Slab » est le terme utilisé pour désigner la plaque plongeante dans un contexte de subductionsubduction. Une zone de subduction se définit par la convergence de deux plaques tectoniquesplaques tectoniques, avec une plaque océanique passant sous une autre plaque (océanique ou continentale). La plaque supérieure agit comme un butoir, forçant la seconde plaque à s'enfoncer dans le manteaumanteau. Le slab est ainsi défini comme la portion de plaque déjà engagée dans la subduction. Dans le cas d'une zone de subduction mature, le poids qu'exerce le slab sur la plaque plongeante suffit à entretenir la subduction : il va en effet exercer une force de traction qui va entraîner le reste de la plaque dans une descente continue de quelques millimètres à quelques centimètres par an. Il s'agit de l’un des moteurs de la tectonique des plaques.

Schéma d’une zone de subduction. © <em>Wikimédia Commons</em>
Schéma d’une zone de subduction. © Wikimédia Commons

Les méthodes permettant d’imager un slab dans le manteau

Il est possible d'observer le slab au sein du manteau grâce à certaines méthodes géophysiques, en particulier la sismologie et la tomographietomographie sismique. En effet, lors de sa descente, le slab se caractérise par une importante sismicité le long du plan de Wadati-Benioff. De petits séismesséismes sont ainsi générés par la modification des contraintes appliquées sur le slab tout au long de sa descente au sein du manteau. Ils sont très fréquents jusqu'à une profondeur de 100 kilomètres environ, mais certains séismes peuvent survenir également à très grande profondeur mais de façon plus anecdotique. Des séismes ont ainsi été localisés sur un slab à une profondeur de plus de 600 kilomètres, au niveau de l'interface entre le manteau supérieur et le manteau inférieur. On ne comprend pas encore quel est le mécanisme qui permet la génération de séismes à une telle profondeur.

Le slab est ici imagé grâce aux hypocentres des séismes qui sont générés au cours de sa descente dans le manteau (plan de Wadati-Benioff). © USGS, <em>Wikimedia Commons</em>, domaine public
Le slab est ici imagé grâce aux hypocentres des séismes qui sont générés au cours de sa descente dans le manteau (plan de Wadati-Benioff). © USGS, Wikimedia Commons, domaine public

Les slabs se caractérisent également par leur température relativement faible par rapport au reste du manteau dans lequel ils s'enfoncent progressivement. Ils peuvent donc être observés grâce à la tomographie sismique, qui étudie et analyse la vitessevitesse de propagation des ondes. Ainsi, le slab sera imagé comme une anomalie de forte vitesse au sein du manteau.

La présence d’un slab en profondeur influence la dynamique de surface

Ces deux techniques, analyse des vitesses des ondes et analyse des hypocentreshypocentres des séismes, permettent de définir la position du slab par rapport à la zone de subduction, et de déterminer notamment son inclinaison. L'inclinaison du slab, son pendagependage, est en effet très variable d'une zone de subduction à une autre.

Carte de la distribution des slabs actuels et de leur profondeur. © Gavin P. Hayes, <em>Wikimedia Commons</em>, domaine public
Carte de la distribution des slabs actuels et de leur profondeur. © Gavin P. Hayes, Wikimedia Commons, domaine public

Le pendage du slab va exercer une influence sur la dynamique de la plaque supérieure. En effet, lorsque le slab a un pendage fort, supérieur à 50°, cela génère un régime extensif dans la croûtecroûte située à l'aplomb. On peut ainsi voir se développer, en arrière de la zone de subduction, des bassins dits d'arrière-arc qui peuvent aller jusqu'à l'ouverture d'un nouvel océan.

La présence d'un slab en profondeur va avoir plusieurs autres conséquences qui vont s'exprimer en surface. L'un des effets les plus visibles de la subduction d'un slab est certainement la génération d'un intense volcanismevolcanisme. Lors de son entrée en subduction, le slab emporte avec lui une grande quantité de sédimentssédiments océaniques fortement gorgés d'eau. L'augmentation de la pressionpression avec la profondeur va « essorer » ces sédiments. L'eau va alors migrer dans le manteau surplombant le slab. L'hydratationhydratation de ces roches va alors abaisser leur point de fusionfusion. Du magmamagma va ainsi se former et remonter par les anfractuosités de la croûte pour donner naissance à une chaîne de volcans, située à environ 110 kilomètres à l'aplomb du slab. Ces volcansvolcans ont la particularité d'être souvent explosifs et de présenter des laveslaves calco-alcalines, sursaturées en silicesilice.

La ceinture de feu du Pacifique désigne une immense chaîne de volcans en activité, en lien avec les nombreuses zones de subduction qui marquent le pourtour de l'océan Pacifique. © Rémih, <em>Wikimedia Commons</em>, CC by-sa 3.0
La ceinture de feu du Pacifique désigne une immense chaîne de volcans en activité, en lien avec les nombreuses zones de subduction qui marquent le pourtour de l'océan Pacifique. © Rémih, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

La présence d'un slab va également entraîner une modification de l'équilibre isostatique de la plaque supérieure. Ces changements sont cependant plus subtils et vont pouvoir être observés par des études gravimétriques ou géodésiques.

Des modifications minéralogiques majeures au fur et à mesure de la descente

Les slabs sont capables d'atteindre de grandes profondeurs et d'atteindre le manteau inférieur, voire l'interface manteau-noyau. Au fur et à mesure de leur descente, les conditions de pression-température vont entraîner des modifications minéralogiques majeures. On parle de métamorphisme. Les minéraux qui composent les roches du slab (principalement des basaltesbasaltes, gabbrosgabbros et péridotitespéridotites) vont ainsi se retrouver dans un état instable et vont évoluer. On passe ainsi d'un gabbro à un métagabbro du faciès schistesschistes verts, puis à un métagabbro du facièsfaciès schistes bleus, puis à une éclogite. Ces transformations s'accompagnent d'une déshydratationdéshydratation sous l'effet principalement de l'augmentation de la pression, la température augmentant beaucoup moins vite. À terme, le slab est entièrement recyclé et ses minérauxminéraux vont venir s’ajouter à ceux du manteau profond.