Le magmatisme en zone de subduction (sujet national, juin 2013, partie 1)

Énoncé

Le magmatisme en zone de subduction
Les zones de subduction, domaines de convergence de la lithosphère, sont le siège d'une importante activité magmatique. Celle-ci aboutit à une formation de croûte continentale.
Décrire comment dans un contexte de subduction se met en place l'activité magmatique et préciser comment celle-ci intervient dans la production de nouveaux matériaux continentaux.
L'exposé doit être structuré avec une introduction et une conclusion et sera accompagné d'un schéma de synthèse.
Comprendre la question
Le sujet de la synthèse est le magmatisme dans les zones de subduction. Il s'agit d'abord d'expliquer l'origine de cette activité magmatique, c'est-à-dire de préciser les conditions nécessaires à la formation du magma. Puis il faut montrer que ce magma est à l'origine de la production des nouveaux matériaux de la croûte continentale. L'idée essentielle à exposer est qu'au niveau des zones de subduction, l'enfouissement des roches de la croûte océanique préalablement hydratée entraîne une libération d'eau, qui provoque la fusion partielle des péridotites mantelliques situées sous la croûte continentale. Le magma ainsi produit s'élève dans la lithosphère et permet la formation de nouvelles roches de la croûte continentale. Attention à bien délimiter le sujet : la formation de la croûte océanique au niveau de la dorsale et le moteur de la subduction liée à la densité accrue de la lithosphère océanique vieillissante sont hors sujet. Cette synthèse est proche du cours et ne pose pas de difficultés quant à l'élaboration de sa structure mais elle fait appel à des notions précises de géologie, parfois délicates à exposer correctement.
Procéder par étapes
1re étape : identifier le type de réponse attendue
Il s'agit ici d'une synthèse structurée accompagnée d'une introduction et d'une conclusion, et comprenant obligatoirement un schéma de synthèse du magmatisme en zone de subduction. Ce schéma permet de vérifier que le candidat réussit à représenter les phénomènes liés à la subduction et à localiser correctement la zone de formation du magma ainsi que la production des roches plutoniques et volcaniques au niveau de la croûte continentale.
2e étape : élaborer un plan détaillé de la synthèse au brouillon
Le tableau suivant présente un exemple de plan détaillé élaboré au brouillon.
Structure de la synthèse
Éléments issus des connaissances
Introduction : Comment se met en place l'activité magmatique dans un contexte de subduction et comment cette activité magmatique intervient-elle dans la formation de nouveaux matériaux continentaux ?
I. Mise en place de l'activité magmatique dans un contexte de subduction
Hydratation par métamorphisme de la croûte de la lithosphère océanique lorsqu'elle s'éloigne de la dorsale. Déshydratation par métamorphisme de la croûte de la lithosphère océanique en subduction. L'eau ainsi libérée provoque la fusion partielle des péridotites mantelliques : formation d'un magma.
II. La production de nouveaux matériaux continentaux
Remontée du magma dans la lithosphère. La majeure partie du magma cristallise entièrement en profondeur formant des granitoïdes. Une faible partie du magma arrive en surface et est à l'origine d'un volcanisme explosif. Accrétion continentale : production de nouveaux matériaux de la croûte continentale.
Schéma-bilan : activité magmatique au niveau d'une zone de subduction
Conclusion

3e étape : structurer l'introduction et la conclusion au brouillon

4e étape : rédiger la réponse sur la copie

Corrigé

Question de synthèse
Introduction
Le phénomène de subduction se caractérise par le plongement d'une plaque lithosphérique océanique sous une autre plaque lithosphérique. Au niveau de la plaque lithosphérique chevauchante, une forte activité magmatique, c'est-à-dire la formation de roches issues du refroidissement d'un magma, est observée, contribuant à la formation de la croûte continentale. Comment se met en place l'activité magmatique dans un contexte de subduction et comment cette activité magmatique intervient-elle dans la formation de nouveaux matériaux continentaux ? Nous présenterons, dans une première partie, l'origine de l'activité magmatique au niveau d'une zone de subduction, puis, dans une seconde partie, nous étudierons comment cette activité permet la formation de nouveau matériaux de la croûte continentale.
I. Mise en place de l'activité magmatique dans un contexte de subduction
L'activité magmatique se caractérise par la présence d'un magma issu de la fusion partielle des péridotites du manteau sous la croûte continentale de la plaque chevauchante. La zone de la fusion partielle des péridotites mantelliques est située à environ 100 km de profondeur.
Les conditions de pression et de température régnant à 100 km de profondeur ne permettent la fusion partielle de ces péridotites que si elles sont hydratées. Quelle est donc l'origine de l'eau permettant la fusion partielle dans le manteau ?
Après leur formation au niveau de la dorsale océanique, les roches de la lithosphère océanique sont soumises à des conditions de pression et de température différentes de celles de leur formation. En effet, les basaltes et les gabbros de la croûte océanique sont exposés à une température plus faible que celle de leur formation et, au contact de l'eau de mer, subissent des réactions métamorphiques caractérisées par une hydratation. Ces basaltes et ces gabbros métamorphisés deviennent donc respectivement des métabasaltes et des métagabbros du faciès schiste vert.
Au niveau de la zone de subduction, la forte élévation de la pression et la légère augmentation de la température entraînent un métamorphisme haute pression-basse température lorsque la lithosphère océanique plonge sous la lithosphère chevauchante. Les roches de la croûte océanique sont alors soumises à un métamorphisme d'intensité croissante. Les métabasaltes et les métagabbros du faciès schiste vert sont métamorphisés respectivement en métabasaltes et en métagabbros du faciès schiste bleu, puis en métabasaltes et en métagabbros du faciès éclogite. Ces réactions métamorphiques dans les faciès schiste bleu et éclogite s'accompagnent de réactions de déshydratation des roches de la croûte océanique. L'eau ainsi libérée par le métamorphisme migre vers le haut et provoque la fusion partielle des péridotites mantelliques situées vers 100 km de profondeur sous la croûte continentale de la plaque chevauchante. Le taux de fusion des péridotites mantelliques de l'ordre de 10 % est faible.
II. La production de nouveaux matériaux continentaux
Le magma chaud, moins dense que le matériel encaissant, s'élève dans le manteau lithosphérique puis dans la croûte continentale. Le magma, en s'élevant dans un milieu plus froid, cristallise, donnant ainsi naissance aux roches plutoniques en profondeur dans la croûte terrestre et aux roches volcaniques en surface.
Le refroidissement rapide en surface du magma forme des roches volcaniques, comme l'andésite ou la rhyolite, caractérisées par une texture microlithique, c'est-à-dire par la présence de minéraux cristallisés et de matière non cristallisée appelée verre. Le volcanisme de subduction se caractérise par des laves riches en silice (SiO2), visqueuses et riches en gaz, d'où un volcanisme explosif.
Le refroidissement lent du magma en profondeur dans la croûte terrestre donne naissance à des roches plutoniques qui sont entièrement cristallisées, à structure grenue, de type granitoïde, comme le granite. Dans les zones de subduction, la majorité du magma (85 % environ) cristallise en profondeur dans la croûte formant des granitoïdes. Au niveau des zones de subduction, le magma d'origine mantellique aboutit donc à la création de nouveaux matériaux continentaux : il s'agit de l'accrétion continentale. Les zones de subduction sont ainsi le lieu privilégié de fabrication de la croûte continentale.
Schéma-bilan : Activité magmatique au niveau d'une zone de subduction
Schéma-bilan : Activité magmatique au niveau d'une zone de subduction
Conclusion
Ainsi, le métamorphisme de la croûte océanique plongeante s'accompagne d'une libération d'eau qui permet la fusion partielle des péridotites mantelliques situées sous la croûte continentale. Le magma ainsi formé migre vers la surface en se refroidissant et sa cristallisation donne naissance majoritairement à des roches plutoniques comme les granitoïdes en profondeur dans la croûte terrestre, mais aussi à un volcanisme explosif en surface. Quel est alors le devenir de ces nouveaux matériaux continentaux après leur formation dans un contexte de subduction ?