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Arcs volcaniques et subduction

Dans les années trente, le sismologue japonais K. Wadati a montré par une cartographie précise des foyers sismiques au Japon que les profondeurs des séismes augmentaient d’est en ouest de façon régulière. Vers les années soixante, les travaux de H. Benioff sont venus confirmer l’idée d’un regroupement des séismes selon un plan incliné et leur disparition vers 700 km de profondeur. Ce plan est aujourd’hui appelé plan de « Wadati-Benioff » : il est bien évidemment associé étroitement au phénomène de subduction qui met une plaque, la plaque plongeante, sous tensions. On sait aujourd’hui que les plans de Wadati-Benioff ont des géométries variables, avec parfois des pendages faibles (Aléoutiennes) ou des pendages très forts pouvant atteindre 80° (îles Kermadec).

Aujourd’hui, l’existence de plans de subduction a été mise en évidence tout autour du Pacifique, en mer Égée, dans les Antilles, en Amérique centrale, etc. Ces zones de subduction constituent un des trois types de frontières entre les plaques tectoniques. Elles correspondent à la convergence entre deux plaques et au plongement de l’une sous l’autre comme, par exemple, en Amérique centrale, où la plaque Cocos s’enfonce sous la plaque Amérique du Nord. Les zones de subduction sont en général caractérisées par un volcanisme très explosif et par une sismicité intense. L’ensemble de ces ceintures révèle un système important de failles parallèles au système général des chaînes de montagnes. Après une période où l’énergie s’est accumulée, un mouvement sur une des failles peut se déclencher soudainement et produire, en surface, un décalage de quelques centimètres à plusieurs mètres : c’est le séisme. On trouve de telles failles au Chili, en Alaska, au Japon, à Taïwan, aux Philippines, en Nouvelle-Zélande et à Sumatra. Parce qu’elle est continuellement recyclée, aucune partie de la croûte océanique n’a plus de 200 millions d’années.

Pendant la subduction, la croûte océanique et les sédiments qui la recouvrent s’enfoncent lentement dans le manteau et fondent. Le magma qui se forme alors remonte du plan de subduction vers la surface et donne naissance au volcanisme « andésitique » (l’andésite est une roche volcanique présente dans la cordillère des Andes, de composition chimique intermédiaire entre le basalte et le granite). C’est ainsi qu’est né le volcanisme du Japon, des Philippines et des Aléoutiennes.

Outre la création et l’alimentation des volcans, la fonte de la plaque océanique lors de la subduction est à l’origine de la formation de certains dépôts de minéraux précieux.