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Les éclogites, des témoins précieux : des subductions aux chaînes de montagnes

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Les éclogites, des témoins précieux : des subductions aux chaînes de montagnes

Le saviez-vous ? Certaines chaînes de montagnes ne sont pas nées dans les prairies, mais au fond des océans ! Philippe Agard, professeur à l’Institut des sciences de la Terre de Paris (iSTeP, CNRS/UPMC) revient sur la subduction, un épisode majeur de la tectonique des plaques.

 

En quoi consiste le phénomène ?

Philippe Agard. La convergence entre deux plaques de lithosphère conduit généralement au ploiement puis au plongement de la plaque la plus dense sous l’autre et à son enfoncement progressif, partiel ou total, dans le manteau. La subduction bouleverse les bordures des deux plaques, crée de grandes fosses et déforme les sédiments qui s'y trouvent coincés. Elle engendre aussi séismes et volcanisme.

 

Schéma interprétatif tiré de résultats de modélisation montrant l'allure de la déformation et de la circulation de fluides en profondeur le long d'un plan de subduction (Angiboust et al., Earth and Planetary Science Letters, sous presse).

 

Si certains sédiments ou portions de croûte disparaissent dans le manteau, d’autres se retrouveront un jour ou l’autre au cœur des montagnes après déformations, transformations et imbrications. Au cours du temps, la plaque océanique s’éloigne progressivement de la dorsale en refroidissant lentement. 50 à 100 millions d’années plus tard, vieillie et refroidie, elle plonge sous son propre poids dans le manteau. Des sédiments gorgés d’eau et des roches basaltiques sont ainsi entraînés vers les profondeurs de la Terre… Et ainsi de suite… Ce cercle vertueux conserve à la Terre les mêmes dimensions malgré l’expansion océanique !

 

Que se passe-t-il aux interfaces ?

P. A. Les contours du fonctionnement des zones de subduction sont encore très mal définis. On en observe les manifestations spectaculaires que sont les grands séismes, de Sumatra (2004) à Sendai (2011) en passant par le Chili. Mais on ne maîtrise pas encore les relations entre la temporalité du mouvement des plaques en subduction et celle des séismes, ni avec celle des éruptions volcaniques.

 

L’émergence, ces dernières années, de nouvelles techniques d’analyse avec des enregistrements affinés, un bruit de fond plus estompé, a permis de mieux repérer les migrations de fluides et la déshydratation des roches et tous les processus associés (microsismicité, transferts d’éléments chimiques vers les plaques supérieures), mais aussi des phénomènes de glissements lents et réguliers. Les ETS (Episodic Tremor and Slip), très spectaculaires, s’effectuent ainsi tous les 12 à 14 mois.

 

Quel type d’information fournissent les éclogites ?

P. A. Si l’on a une idée assez précise de la composition de la plaque océanique plongeante (manteau, croûte, sédiments), les roches présentes à l’interface demeurent énigmatiques. Quelles en sont la nature et les proportions, et leur réponse aux déformations ? Se mélangent-elles de matière relativement hétérogène, un peu comme un système de roulement à billes, ou s'agit-il d'une interface relativement lubrifiée ? On sait par ailleurs qu'une partie des sédiments et de la croûte est précipitée dans le manteau profond.

 

Des réactions de déshydratation majeure accompagnent la transformation d’un basalte de fond océanique à des roches de haute pression basse température. Le long de l'interface de subduction, ces roches sont « advectées » en profondeur sans réchauffement significatif du système et passent à des éclogites, schistes bleus, bons marqueurs de zones de subduction.

 

Quel est le processus de remontée des roches ?

P. A. Une mission récente dans les Alpes au Mont Viso (Est-Queyras, frontière franco-italienne) a permis de récupérer des éclogites océaniques très intéressantes, provenant des plus grandes profondeurs (80 km). Au-delà, ces roches - des basaltes transformés en un assemblage éclogitique contenant du grenat - sont tellement denses qu’elles ne remontent pas.

 

L’observation de fracturations inattendues renseigne sur des épisodes de paléoséismes : l’exhumation des roches s'accompagne ainsi de tremblements de terre très profonds et de zones de faiblesse réactivées. Ces roches témoins sont des « enregistrements » précieux, uniques, des processus à l'œuvre le long de l'interface.

Brèche éclogitique (Mont Viso, Alpes Franco-Italiennes-Angiboust et al., Geology 2012). L'ensemble de la roche (clastes et matrice) a subi et préservé des conditions éclogitiques lors de son enfouissement vers 80 km de profondeur dans la zone de subduction.

Brèche éclogitique (Mont Viso, Alpes Franco-Italiennes-Angiboust et al., Geology 2012). Les clastes montrent des bords anguleux et des orientations planaires (foliations constituées de grenat et pyroxène jadéitique) discordantes : ils ont été séparés lors de la fracturation de la roche vers 80 km de profondeur. Dans la matrice ont recristallisé ces mêmes minéraux éclogitiques ainsi que de la lawsonite, minéral fortement hydraté, attestant de l'introduction de fluides lors de la fracturation à ces profondeurs.

Modèle interprétatif de formation d'une brèche éclogitique (Mont Viso, Alpes Franco-Italiennes-Angiboust et al., Geology 2012). La roche est fracturée en conditions éclogitiques, très probablement sous l'effet d'un séisme de magnitude ~Mw=4. Les fluides qui s'introduisent dans les zones déformées participent à la recristallisation de la matrice.

 

Quelles techniques de caractérisation utilisez-vous ?

P. A. Tout d’abord, nous nous intéressons à l’agencement des structures et des roches sur le terrain, aux textures et à la composition minéralogique. En première approximation, une roche consiste en un système chimique fermé (à l’exception des fluides). La transformation de la roche sous l’effet de la température et de la pression se comporte comme un petit système thermodynamique avec équilibre de phases. On peut ainsi prévoir la totalité des assemblages minéralogiques successifs, du moins si la cinétique des réactions n’est pas trop limitante, et les comparer à ceux observés.

 

La caractérisation se fait grâce aux outils classiques de la pétrographie : microsonde électronique, microscopie électronique à balayage, spectrométrie de masse couplée ou non à un système d’ablation laser (datation et radiochronologie, désintégration d’éléments radioactifs comme le potassium, le rubidium, l’uranium…). Nous utilisons également les signatures en éléments majeurs ou traces disponibles.

 

Avez-vous recours aux modélisations ?

P. A. En sus des modèles thermodynamiques, nous utilisons des modèles thermo-mécaniques de plus en plus précis pour reproduire de façon raisonnable l’évolution des températures, des pressions. Les changements de phase et de densité sont implémentés dans les modèles et tout cela est corrélé avec les équations thermiques et mécaniques et, de manière plus subtile, avec les comportements rhéologiques (propriétés d’élasticité, de viscosité, de plasticité des roches). On peut alors comparer les prédictions des modèles à l'évolution et l'agencement des roches extraites de ces massifs.

 

Les Alpes occidentales sont un terrain d’observation unique car on y retrouve les vestiges de la subduction les plus parlants : subduction d’un océan, puis d’une partie du continent entraîné à sa suite. Nous disposons là de deux cents ans de géologie, un véritable cas d’école.

 

Pour en savoir plus :

Institut des sciences de la Terre de ParisNouvelle fenêtre

 

GeomanipsNouvelle fenêtre



16/04/13