Introduction
Aux frontières entre océans et continents, ou entre deux domaines océaniques, certaines plaques lithosphériques disparaissent dans les profondeurs de la Terre. Ce phénomène, appelé subduction, correspond à l’enfoncement de la lithosphère océanique sous une autre plaque. Ce processus joue un rôle majeur dans la tectonique des plaques : la traction exercée par la plaque enfoncée (slab pull) est aujourd’hui considérée comme la force dominante qui entraîne les plaques, en complément de la convection mantellique et du ridge push. La subduction se manifeste par des fosses océaniques profondes, une sismicité intense et la formation de volcans particulièrement dangereux.
Le processus de subduction : densité et genèse du volcanisme
La lithosphère océanique se forme aux dorsales, puis en s’éloignant elle se refroidit, s’épaissit et devient plus dense. Au-delà d’un certain âge (souvent entre 100 et 200 Ma, parfois moins, comme dans le Pacifique occidental), sa densité excède celle de l’asthénosphère sous-jacente, ce qui lui permet de commencer à s’enfoncer.
Au contact entre la plaque plongeante et la plaque chevauchante se creuse une fosse océanique, parfois profonde de 10 000 m (exemple : fosse des Mariannes). En profondeur, la plaque subduite entraîne avec elle des sédiments et des minéraux hydratés. La libération de fluides dans le manteau sus-jacent abaisse le solidus des péridotites, permettant leur fusion partielle. C’est donc le coin de manteau supérieur qui fond, et non la plaque en subduction. Les magmas produits, riches en eau, en gaz et souvent en silice, sont visqueux et dégazent violemment. Ils donnent naissance à un volcanisme explosif, caractéristique des zones de subduction, comme au Japon ou dans les Andes.
À retenir
La subduction correspond à l’enfoncement d’une lithosphère océanique plus dense. Elle engendre fosses et arcs volcaniques dont les magmas, riches en gaz et en silice, expliquent le volcanisme explosif caractéristique des zones de subduction.
Séismes, mégaséismes et tsunamis
Les zones de subduction sont des lieux de fortes contraintes. Les frottements entre la plaque descendante et la plaque chevauchante entraînent une accumulation d’énergie qui se libère sous forme de séismes. Certains atteignent des magnitudes supérieures à 8 ou 9 et sont qualifiés de mégaséismes, comme celui du Chili en 2010 (M 8,8) ou celui du Japon en 2011 (M 9,0). Ces événements provoquent parfois des tsunamis meurtriers, liés au brusque déplacement du plancher océanique.
Les foyers sismiques s’organisent selon un plan incliné, le plan de Wadati-Benioff, qui suit la plaque plongeante jusqu’à environ 700 km de profondeur. Au-delà, les séismes disparaissent car la lithosphère perd son comportement cassant et se déforme de manière ductile.
À retenir
Les zones de subduction concentrent les séismes les plus puissants du globe, parfois à l’origine de tsunamis. Les foyers dessinent le plan de Wadati-Benioff jusqu’à 700 km de profondeur.
La géométrie des plans de Wadati-Benioff et la compréhension scientifique
La pente du plan de Wadati-Benioff varie selon les contextes. Dans certaines régions, comme aux Tonga, la plaque plonge de manière très raide ; dans d’autres, comme dans les Andes, la subduction est peu inclinée. Ces différences dépendent de l’âge et de la densité de la lithosphère, de la vitesse de convergence et des contraintes tectoniques environnantes.
La découverte de ces plans a marqué une étape essentielle dans l’histoire des sciences de la Terre. Dans les années 1940–1950, les sismologues Kiyoo Wadati puis Hugo Benioff ont mis en évidence que les séismes ne se produisaient pas seulement en surface, mais aussi en profondeur, et qu’ils s’organisaient selon un plan incliné. C’est précisément cette distribution des foyers sismiques en profondeur qui a permis de comprendre que la lithosphère océanique plongeait réellement dans le manteau. Cette observation a apporté la preuve décisive de la subduction et a contribué à la validation de la tectonique des plaques.
À retenir
Le plan de Wadati-Benioff illustre la géométrie de la plaque plongeante et a fourni une preuve historique majeure de la subduction, en montrant que les séismes en profondeur traduisent la plongée réelle de la lithosphère.
Conclusion
La subduction est un processus clé du renouvellement de la lithosphère. Elle correspond à l’enfoncement d’une plaque océanique refroidie et densifiée dans le manteau, provoquant fosses, arcs volcaniques et séismes organisés le long des plans de Wadati-Benioff. Ces zones concentrent les séismes les plus puissants de la planète et sont à l’origine de tsunamis destructeurs. L’étude de la sismicité profonde a joué un rôle historique en prouvant que la lithosphère plonge réellement dans le manteau, validant ainsi la tectonique des plaques. Aujourd’hui, la subduction est reconnue comme une force dominante de cette dynamique globale, contribuant à la convection mantellique et au renouvellement permanent de la surface terrestre.