Toujours mieux chez les autres?

C’est une habitude dans la vie, de se comparer aux autres. En général, une mauvaise habitude. Les zones de subduction faisant exception à la règle, je propose de m’adonner avec joie à mes mauvais penchants et de comparer la zone de subduction de Sumatra aux autres zones de subduction du monde.

Avant tout, c’est quoi une zone de subduction ?

La surface de la Terre est découpée en plaques rigides animées de mouvements qui leurs sont propres. Lorsque 2 plaques se dirigent l’une vers l’autre, elles se rencontrent au niveau d’une frontière de plaque que l’on qualifie de « convergente ». Lors de leur affrontement, l’une des plaques passe sous l’autre et s’enfonce dans l’asthénosphère : elle entre en “subduction”. La plaque qui s’enfonce est toujours la plus dense : soit parce qu’elle est composée de roches différentes (cas des zones de subduction océan/continent), soit parce qu’elle est plus vieille donc plus froide (cas des zones de subduction océan/océan).

Les zones de subduction sont-elles toutes les mêmes ?

La zone de subduction de Sumatra est qualifiée de « marge en accrétion ». Celles-ci sont reconnaissables par la présence d’un prisme d’accrétion sédimentaire. Ce prisme se forme par le biais de la dissociation des sédiments présents sur la plaque plongeante (ici, la plaque indienne). Les prismes d’accrétion forment une série de chevauchements habituellement “inclinés” vers les terres (on parle de “pendage”) (indiqués “Landward dipping trhusts” sur le schéma). Le prisme se construit par accrétion de sédiments arrachés à la plaque plongeante au niveau du front de la zone de subduction (loin de l’arc volcanique) -voir le diagramme ci-dessous.

accretionary-margin
Schéma d’une zone de subduction en accrétion (modifié d’après Clift et Vannucchi, 2004)

Cependant, dans la partie nord du prisme d’accrétion de Sumatra, beaucoup de failles “penchent” vers l’océan, c’est-à-dire qu’elles ont un pendage opposé à celui que l’on constate habituellement !

temp
Schématisation de la zone de subduction de Sumatra (échelle non respectée)

On pense que le pendage atypique de ces failles serait lié aux propriétés physiques des sédiments impliqués dans la subduction. Ces mêmes propriétés physiques contrôleraient le jeu de la faille principale bordant les 2 plaques et générant les principaux séismes. Ce sont tous ces aspects qui ont été abordés lors de l’expédition 362.

Pourquoi y a-t-il tant de sédiments sur la plaque indienne ?

Une particularité de la zone de subduction de Sumatra est l’inhabituelle épaisseur de sédiments présents sur la plaque indienne. Jusqu’à 5 km en mer! Une grande partie de ce matériel provient du Bengal-Nicobar fan, situé à plus de 3000 km de là et alimenté par l’érosion des montagnes himalayennes. Ce fan est le plus grand éventail sédimentaire sous-marin actuellement sur la planète. Les rivières charrient le matériel érodé des montagnes himalayennes jusqu’à la côte. La majorité des sédiments se trouve piégée dans le delta (~80%)  et se dépose près de la ligne de côte, à terre ou en mer. Il reste cependant une quantité phénoménale de sédiments voyageant le long de canyons sous-marins jusqu’à la plaine abyssale. Une partie de ces sédiments est donc incorporée dans la zone de subduction et ainsi transféré à une plaque tectonique différente!

Cependant, dans beaucoup d’autres zones de subduction, notamment celles étudiées par forage, l’épaisseur de sédiments au niveau de la fosse océanique est moindre. Par exemple, elle est d’environ 1 km au large de la fosse de Nankai. A l’inverse, d’autres zones de subduction présentent des épaisseurs de sédiments équivalentes voire même plus importantes ! Dans la zone de subduction du Makran, localisée au large de l’Iran et du Pakistan, ce sont 7 à 8 km de sédiments qui entrent dans la zone de subduction! Ceci en fait l’un des plus larges et des plus grands prismes d’accrétion au monde! Il est relié au fan de l’Indus, lui-même alimenté par les rivières transportant les sédiments en provenance de l’Ouest de l’Himalaya et du plateau tibétain. Bref, ce sont encore les montagnes himalayennes les coupables!

Attention, toutes les zones de subduction ne sont pas nourries par d’importantes quantités de sédiments. Durant les années 80 et 90, des études sismiques et des forages (le Joides déjà!) ont montré que l’existence d’un large prisme d’accrétion n’était pas une caractéristique généralisable à toutes les zones de subduction. Dans certains cas, le passage de la plaque plongeante opère un effet de “rabot” sur la base de la plaque chevauchante et lui arrache du matériel qui est alors entraîné dans le manteau. On parle de “zone en érosion tectonique”. La présence de monts sous-marins sur la plaque subduite peut favoriser l’érosion tectonique lors de leur entrée en subduction. Généralement, le prisme d’accrétion associé à ce type de marge est réduit, voire absent et le fonctionnement de la faille formant la bordure de plaque peut être assez différent.

erosive-margin
Schéma d’une zone de subduction en érosion (modifié d’après Clift et Vannucchi, 2004)

Les zones de subduction de Tonga et des Mariannes sont de bons exemples de marges en érosion.

Pourquoi certaines marges sont-elles en accrétion et d’autres en érosion? 

La quantité de sédiments entrant dans la zone de subduction est l’un des facteurs majeurs déterminant le type de marge (Clift et Vannuchi, 2004). L’érosion tectonique est favorisée dans les zones où l’épaisseur de la couverture sédimentaire n’excède pas 1 km tandis qu’une couverture sédimentaire épaisse (>1 km) favorise la formation d’une marge en accrétion. Les zones de subduction océan/continent sont donc souvent des marges en accrétion, la majorité des sédiments proviennant de l’érosion des roches continentales. Il est important de préciser qu’au niveau d’une même zone de subduction, une partie de la marge peut être dominée par l’accrétion tandis qu’une autre le sera par l’érosion. Citons pour exemple la zone de subduction du Chili (Ranero et al., 2006) ainsi que celle de Nouvelle-Zélande (Collot et al., 1996). La transition entre les 2 types de marges peut aussi se faire au cours du temps- ce qui signifie que ce nous observons actuellement n’est pas forcément révélateur de ce qui s’est passé avant.

En raison des énormes contraintes générées par le passage d’une plaque sous l’autre, les zones de subduction sont connues pour être des zones très sismiques. Le séisme de magnitude 9.2 dans le nord de la zone de subduction de Sumatra, de même que celui de Tohoku-Oki en 2011 au large du Japon ont révélé l’existence de glissements peu profonds, ce qui était inattendu. Dans le cas du nord de Sumatra, le glissement s’est concentré sous le prisme d’accrétion et la rupture s’est prolongée sur une grande distance rendant ainsi la zone de rupture très grande. C’est assez inhabituel et mal expliqué par les modèles actuels de subduction.

Ce sont de telles observations, remettant en cause les modèles établis, qui sont à l’origine du projet de l’expédition 362. Parmi les questions auxquelles les scientifiques tentent de répondre : « que se passe-t-il quand des sédiments très épais et très riches en sables arrivent au niveau de la zone de subduction ? Le changement des propriétés physiques des sédiments a-t-il des conséquences sur la façon dont sont générés les tremblements de terre? Ce que nous allons apprendre grâce aux données de l’expédition 362 sera-t-il applicable à d’autres zones de subduction présentant les mêmes caractéristiques, comme celle du Makran?  Faut-il s’attendre dans cette région à des risques de tsunami? etc, etc….”

devise-shadok-intelligence

Advertisements

3 thoughts on “Toujours mieux chez les autres?

  1. Super article, explications limpides, bravo !
    Je le recommanderai à mes élèves pour approfondir la notion de subduction.
    Rassure-toi, on est convaincus : elle est super intéressante la zone de subduction près de Sumatra !
    A bientôt !

    Like

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s