Cadre structural de l'archipel du Vanuatu

Bernard Pelletier

IRD Nouméa, Nouvelle-Calédonie

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

27/09/2006

Résumé

L'arc du Vanuatu est replacé dans son contexte géodynamique : subduction "double" avec inversion au Miocène supérieur.


Texte préparé pour le nouvel atlas du Vanuatu

Nombreux documents sur le site local de l'IRD à Nouméa.

La place de l'archipel du Vanuatu dans la géodynamique du Pacifique Sud-Ouest

La tectonique de la région du Pacifique Sud-Ouest est marquée par l'affrontement entre les grandes plaques Pacifique et Australie. La convergence actuelle entre ces deux plaques se caractérise par une zone de déformation qui peut atteindre jusqu'à 1000 km de largeur et qui s'exprime par deux zones de subductions de sens opposé : la zone de subduction Nouvelle-Zélande-Kermadec-Tonga et la zone de subduction Papouasie-Nouvelle-Guinée- Salomon-Vanuatu. Entre ces deux subductions, se recouvrant en partie, s'ouvrent des bassins océaniques.

Dans la partie Sud-Est de la région, la plaque Pacifique s'enfonce sous l'arc des Tonga- Kermadec. La vitesse de convergence à la fosse varie de 6-7 cm/an au Sud à 24 cm /an au Nord. Dans la partie Nord-Ouest de la région, c'est, à l'inverse, la plaque Australie qui plonge sous les archipels du Vanuatu, des Salomon et de Papouasie-Nouvelle-Guinée le long des fosses du Vanuatu, de San Cristobal (ou Sud Salomon) et de Nouvelle-Bretagne. La vitesse relative de convergence à cette frontière varie de 9 à 16 cm/an. Ces deux zones de subduction sont jalonnées du Sud au Nord par des bassins qui constituent une zone tampon entre les deux grandes plaques : le fossé du Havre en arrière de l'arc des Kermadec, le bassin de Lau en arrière de l'arc des Tonga, le bassin Nord-Fidjien et les fossés du Vanuatu en arrière de l'arc du Vanuatu, le bassin de Woodlark enfin le bassin de Manus en arrière de l'arc de Nouvelle- Bretagne.

Figure 1. Cadre structural du Sud-Ouest du Pacifique

Cadre structural du Sud-Ouest du Pacifique

La zone de liaison entre les deux terminaisons des zones de subduction Nord Tonga et Sud Vanuatu, qui s'éloignent très rapidement l'une de l'autre, est marquée par un système complexe d'axes d'ouverture et de relais transformants. Les taux d'ouverture atteignent 16 cm/an pour le Nord du bassin de Lau et 12 cm/an pour le Sud du Bassin Nord-Fidjien. Le mouvement décrochant est notamment souligné par la faille transformante Nord-Fidjienne qui s'étend depuis la terminaison nord de la fosse des Tonga jusqu'à l'axe d'accrétion central du bassin Nord-Fidjien, et qui longe le bord Nord la plate-forme fidjienne.

Le bassin Nord-Fidjien est bordé au Nord par la fosse du Vitiaz. Dans la plupart des reconstitutions, cette fosse actuellement inactive est considérée comme la zone de frontière convergente entre les plaques Pacifique et Australie de l'Éocène supérieur au Miocène supérieur, avant le développement du bassin Nord-Fidjien. L'arc du Vitiaz, maintenant dispersé, incluait l'arc ancien des Salomon et du Vanuatu, et se raccordait au sud est à la plate-forme fidjienne et à l'arc ancien de Lau-Tonga. La collision au Miocène supérieur entre le plateau d'Ontong-Java porté par la plaque Pacifique et l'arc du Vitiaz aurait eu pour conséquence de bloquer la subduction de la plaque Pacifique sous l'arc du Vitiaz, d'en inverser localement le sens depuis la Papouasie Nouvelle-Guinée jusqu'au Nord des îles Fidji, et de provoquer la naissance de la zone de subduction du Vanuatu - Sud Salomon. L'arc du Vanuatu a ensuite dérivé vers l'Ouest, en ouvrant dans son sillage le bassin Nord-Fidjien depuis le Miocène supérieur. La dérive, cette fois-ci vers l'Est, de la partie sud-est de l'arc, au niveau des îles Fidji - ride de Lau, a entraîné la formation du bassin de Lau depuis le Pliocène.

Éléments structuraux de la marge active du Vanuatu

La marge convergente du Vanuatu s'étend sur 1400 km depuis les îles Salomon de Santa Cruz au Nord jusqu'aux îles françaises de Matthew et Hunter au Sud, en passant par l'ensemble de l'archipel du Vanuatu. La direction de convergence actuelle est orientée ENEOSO, excepté à l'extrême sud de l'arc où le mouvement est NNE-SSO. Le taux de convergence est minimum au niveau de la partie centrale (9 cm/an) et à l'extrême sud de la marge (5 cm/an) ; il atteint 12 cm/an dans la partie Sud et 16 cm/an au Nord.

Figure 2. Bathymétrie de la zone de subduction de Vanuatu

Bathymétrie de la zone de subduction de Vanuatu

En rouge, les parties émergées.


La structure de la marge est marquée d'Ouest en Est par :

  • 1) une fosse discontinue le long de laquelle disparaît une série de bassins et de rides et massifs portés par la plaque australienne ;
  • 2) un arc insulaire associé à une marge convergente au moins depuis le Miocène inférieur, dans un premier temps, avec la subduction du Vitiaz, et dans un deuxième temps, lié à la subduction actuelle de la plaque australienne depuis le Miocène supérieur (11-8 Ma) ;
  • 3) un domaine arrière-arc qui comprend au Nord et au Sud des fossés au pied immédiat de l'arc.

Figure 3. Cadre structural de la marge du Vanuatu

Cadre structural de la marge du Vanuatu

La marge du Vanuatu peut être divisée longitudinalement en 4 grands segments structuraux. Le segment nord, de 11°S à 14°S, est caractérisé par une fosse profonde (6000- 8800 m), une plate-forme vers 1200-1800 m de profondeur d'où émergent quelques îles basses à substratum volcanique (Torrès, Vanikoro, Utupua, Ndende, Recif), l'absence de volcans aériens actifs sauf à l'extrémité Sud (Vanua Lava) et Nord (Tinakula), et des fossés arrière-arc évasés vers le Nord. Le segment central, de 14°S à 17°S, se caractérise par l'absence de fosse et la présence inhabituelle de grandes îles réparties le long de trois chaînes parallèles (Santo - Mallicolo, Ambrym - Ambaé - Gaua, Maéwo - Pentecôte) et d'un bassin anormalement profond au centre de l'arc (2400 à 3000 m). Ce bassin d'Ambaé divisé en deux par l'île d'Ambaé et caractérisé au moins pour partie par un substratum de nature océanique (le bassin Nord Ambaé). Les terrains constitutifs des trois chaînes résultent de trois épisodes volcaniques majeurs: la chaîne occidentale d'âge Oligocène supérieur à Miocène moyen est à relier à l'arc du Vitiaz, la chaîne orientale d'âge Miocène supérieur à Pliocène inférieur marque le début du fonctionnement de l'arc du Vanuatu, la chaîne centrale d'âge Pliocène supérieur à actuel représente la zone volcanique active. Le segment sud, de 17°S à 22°S, ressemble au segment nord; il est caractérisé par une fosse (6000-7000 m), une large plateforme vers 1000 m de profondeur d'où émerge une série d'îles volcaniques régulièrement espacées (Éfaté, Erromango, Tanna, Anatom) et des fossés arrière-arc (fossés de Éfaté, Erromango et Futuna). Le segment extrême Sud, au Sud de 22°S, correspond à la terminaison de la zone de subduction; il est caractérisé par un arc volcanique étroit d'où émergent les pitons actifs de Matthew et Hunter.

La segmentation de la marge coïncide avec les structures de la plaque plongeante. Les segments sud et nord se situent en face des bassins océaniques Nord Loyauté et Nord Torrès. La zone centrale, qui diffère très largement du reste de l'arc, se situe en face de la ride d'Entrecasteaux et de la terminaison sud du Plateau Ouest Torrès. À ce niveau, la convergence est absorbée en deux endroits : à la fosse à l'Ouest, le long du plan d e subduction penté vers l'Est sous la chaîne occidentale de Malicollo-Santo (3.5 cm/an) ; à l'Est le long de plans de chevauchement pentés vers l'Ouest sous la chaîne orientale de Pentecôte-Maéwo (5.5 cm/an). De la même manière, la frontière morphologique et structurale à 21°-22°S, entre les segments sud et extrême sud de la marge, se situe en face du coude de la ride des Loyauté. À ce niveau l'arc est découpé le long d'un grand accident senestre en arrière de l'arc de Matthew-Hunter, la ride des Loyauté entraînant le segment le plus sud avec elle. Le segment sud coulisse à l'ouest par rapport au segment extrême sud, à la vitesse estimée de 9 cm/an.

Les subductions/collisions récentes et toujours actives des rides d'Entrecasteaux et Loyauté sont ainsi soupçonnées d'avoir profondément modifié la morphologie, le volcanisme et la sismicité des parties centrales et extrême Sud de la zone de subduction du Vanuatu.

Phénomènes associés à la subduction/collision de la ride d'Entrecasteaux

La ride d'Entrecasteaux vient percuter le segment central de l'arc insulaire vanuatais et l'entraîne devant elle sur le bassin Nord-Fidjien. L'emboutissage de la marge par la ride d'Entrecasteaux provoque les forts soulèvements des chaînes Est et Ouest de la partie centrale, et induit (1) la zone de compression arrière arc et (2) une zone décrochante transverse à l'arc entre les blocs sud et centraux au niveau des îles Shepherd (5 cm/an de décrochement dextre, le bloc central coulissant à l'Est par rapport au bloc sud). Il est également proposé que la subduction/collision de la ride provoque des rotations des segments nord et sud de l'arc avec ouverture arrière-arc associée (rotation horaire pour le segment sud et ouverture de 4-5 cm dans les fossés arrière-arc du Sud entre Tanna et Futuna, rotation antihoraire pour le segment nord et ouverture de 3-4 cm/an dans les fossés arrière-arc du Nord, au Nord des Banks).

Quelques références sur le sujet.

  1. Calmant S. , Pelletier B. and P. lebellegard, M. Bevis, F.W. Taylor and D.A. Phillips, 2003. New insights on the tectonics along the New Hebrides subduction zone based on GPS results. J. Geophys. Res.,108, B6, 2319-2339.
  2. Carney, J.N., and A. MacFarlane, 1982. Geological evidence bearing on the Miocene to Recent structural evolution of the New Hebrides Island Arc. Tectonophysics, 87, 147-175.
  3. Collot, J.-Y., J. Daniel, and R.V. Burne, 1985. Recent tectonics associated with the subduction/collision of the d'Entrecasteaux zone in the Central New Hebrides. Tectonophysics, 112, 325-356.
  4. Greene H.G., Wong F.L., editors, 1988. Geology and Offshore Resources of Pacific Islands Arcs-Vanuatu Region, Circum -Pacific Council for Energy and Mineral Resources, Earth Science Series, 8, 442 p.
  5. Lagabrielle Y., Pelletier B., Cabioch G., Regnier M., Calmant S., 2003. Co-seismic and long-term vertical displacement due to back-arc shortening, Central Vanuatu. An integrated analysis of field and marine data following the Mw 7.5 event in november 1999, East Ambrym. J. Geophys. Res., 108, B11, 2519-2543
  6. Louat, R. and Pelletier B., 1989. Seismotectonics and present-day relative plate motion in the New Hebrides arc-North Fiji basin region. Tectonophysics, 167, 41-55.
  7. Mitchell A.H.G. and Warden A.J., 1971. Geological evolution of the New Hebrides island arc. J. Geol. Soc. London, 127, 501-529
  8. Monzier, M., Daniel J. and Maillet P., 1990. La collision « ride des Loyauté/arc des Nouvelles Hébrides » (Pacifique Sud-Ouest). Oceanol. Acta, 10, 43-56.
  9. Pelletier, B., S. Calmant, and R. Pillet, 1998. Current tectonics of the Tonga-New Hebrides region. Earth Planet. Sci. Lett., 164, 263-276.
  10. Pelletier B., 1999. Subduction de rides et ouvertures arrière-arc dans le Pacifique Sud-Ouest (arcs des Tonga-Kermadec et du Vanuatu, bassins de Lau et Nord-Fidjien). Mémoire d'Habilitation à diriger des recherches. Université de Paris VI, vol. 1: 102 p., vol. 2: annexe (articles et 3 cartes hors texte).
  11. Pelletier, B., Y. Lagabrielle, M. Benoit, G. Cabioch, S. Calmant, E. Garel, and C. Guivel, 2001. Newly identified segments of the Pacific-Australia plate boundary along the North Fiji transform zone. Earth Planet. Sci. Lett., 193, 347-358.
  12. Régnier M., Calmant S., Pelletier B., Lagabrielle Y., 2003. The Mw 7.5 1999 Ambrym earthquake, Vanuatu : a back-arc intraplate trrust event. Tectonics, 22, 4, 1034-1047
  13. Taylor F.W., 1992. Quaternary vertical movements of the central New Hebrides island arc. In : Collot J.-Y., Greene H.G., Stokking L.B., (Eds.): Proceed. O.D.P. Init. Rep., 134 : 33-42
  14. Taylor F., Mann P., Bevis M.G., Edwards R.L., Cheng H., Cutler K.B., Gray S.C., Burr G.S., Bexk J.W., Phillips D.A., Cabioch G. and Recy J., 2005. Rapid forearc uplift ans subsidence causes by impinging bathymetric features : examples from the New Hebrides and Solomon arcs. Tectonics, 24 , 23 p.