Modélisation analogique de la subduction sans convergence

Laurent Jolivet

Laboratoire de Géologie Structurale, Univ. Pierre et Marie Curie, Paris

Claudio Faccenna

Département de Géologie, Univ. degli Studi Roma Tre

Laurent Guillou-Frottier

BRGM

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

15/02/2003

Résumé

Expérience montrant la subduction d'une plaque dense sous son propre poids, sans mouvement de convergence.


Modélisation

Pour avoir une image de la subduction d'une lithosphère dense sous l'effet de son propre-poids, on peut faire des modèles du type de celui de Claudio Faccenna de l'Université de Rome, avec une technologie mise au point à Rennes et adaptée à la subduction de la silicone dans le sirop de glucose (miel). Il s'agit d'une expérience simple utilisée pour étudier le mécanisme de la subduction et qui permet d'illustrer les phénomènes.

Figure 1. Modélisation analogique d'une subduction sans convergence


Image I. Au sommet, on a une "lithosphère" faite de silicone et qui repose sur un liquide peu visqueux et dense (sirop de glucose). En dessous se trouve un sirop plus enrichi en glucose pour augmenter la viscosité. On met à l'échelle le saut de viscosité, par rapport à la dimension du modèle, pour que cela corresponde aux estimations de sauts de viscosités entre le manteau supérieur et le manteau inférieur.

Commentaires d'une modélisation analogique de subduction sans convergence.

Durée ~ 3min50s.

Extrait de la conférence La subduction à l'échelle lithosphérique , par Laurent Jolivet.

Résultats de la modélisation

Images II à V. Sous l'effet de son propre poids, le panneau plongeant s'enfonce et son pendage augmente au fur et à mesure de l'enfoncement. Plus le panneau plongeant est long, plus son poids est important et plus le phénomène s’accélère. C'est donc un phénomène exponentiel. Lorsque le panneau plongeant atteint le sirop de glucose enrichi, il s'infléchit en s'approchant de cette discontinuité. Le panneau s'aplatit ensuite à l'interface "manteau supérieur - manteau inférieur". Au cours de ces étapes de modélisation, on constate que la fosse recule.

Discussion de cette modélisation

Les mécanismes de la subduction ne sont probablement pas plus compliqués que celui-là. Mais par rapport à la situation de la subduction dans les Mariannes, ici, il n'y a pas de convergence. Le bord de la boîte n'a pas changé de position au cours du temps et le panneau passe en subduction simplement sous l'effet de son propre poids. Par contre, cette modélisation s'applique à la chaîne des Appenins en Méditerranée : dans cette région, il y a subduction sans convergence.

N'oubliez pas que la vitesse de subduction correspond à la vitesse de convergence plus la vitesse de tombée de plaque dans le manteau. On peut donc avoir convergence sans subduction et subduction sans convergence.

Du côté des lycées

« Pour ce modèle utilisant de la silicone et du sirop de glucose à différentes concentrations. Où puis-je me procurer ce type de silicone, comment la préparer ? En ce qui concerne le sirop de glucose, à quelles concentrations faut-il le préparer, et y a-t-il d'autres éléments que l'eau et le glucose dans ce sirop ? »

Question posée par F. G., le 15 mars 2003 par courrier électronique, suite à la publication de cet article.

Réponse. En attendant la réponse de Claudio Faccena, peut-être que l'on peut envisager comme alternative au silicone simulant la lithosphère, une "plaque de miel", qui a été placée au frigo. On la dépose ensuite sur un fluide bi-couche... et je pense qu'on devrait pouvoir reproduire l'expérience (le miel non dilué et froid devrait subducter dans la couche du dessous...). L'intérêt éducatif réside dans les effets thermiques associés à ce système : c'est une plaque froide et dense qui plonge.

Le sirop de glucose (manteau supérieur et inférieur) peut aussi être remplacé par du miel : celui-ci, s'il reste homogène après dilution avec de l'eau, permettra de reproduire une couche dense et visqueuse au-dessous d'une couche plus légère et moins visqueuse. En ce qui concerne les concentrations à utiliser pour le sirop de glucose, autant rester dans les valeurs terrestres, le pourcentage de variation de densité entre ces deux couches doit être de l'ordre de 4 à 6%. (Notez que la densité de l'eau est de 1 et que celle du miel de 1,4 environ).