SUBDUCTION

Fosses de subduction

On distingue dans les fosses de subduction (fig. 2) un mur externe, qui correspond à l'endroit où la plaque océanique plonge vers la fosse, et un mur interne du côté de l'arc insulaire ; ce dernier est souvent divisé en terrasses parmi lesquelles on reconnaît généralement une terrasse supérieure, une terrasse moyenne et une terrasse inférieure. Mais ce dispositif peut être plus complexe ou au contraire plus simple, comme lorsque le mur interne n'est qu'une pente continue, plus ou moins abrupte, depuis un étroit plateau continental jusqu'à la fosse.

La fosse se situe à l'endroit où la plaque océanique « tombe » en subduction, entraînée par son propre poids et par la convection dans le manteau ; cela est dû au fait que, en se solidifiant, la croûte océanique acquiert une densité supérieure à celle de l'asthénosphère qui la supporte et qui est à l'état – partiellement – liquide. Il se développe ainsi, à mesure que la lithosphère océanique s'épaissit en s'éloignant du rift où elle est née, une tendance de plus en plus grande à l'effondrement, qui finit par se produire lorsque le couple de forces verticales devient trop grand. L'image qui suppose que la subduction pourrait résulter d'un enfouissement actif de la plaque océanique « poussée » à partir des zones d'accrétion n'est pas exacte : partout, la limite de la plaque océanique à l'entrée dans la fosse est marquée par des failles normales (directes) effondrant la croûte océanique ; parfois, ces effondrements sont spectaculaires, comme au niveau de la fosse du Japon, où le mont sous-marin Kashima est découpé par une faille puissante qui effondre son compartiment ouest de plus de 1 500 mètres dans la fosse du Japon, avant le contact de subduction (fig. 2). De telles observations ont été multipliées dans la fosse des Mariannes, la fosse des Tonga, etc. : c'est un système de failles normales qui forme le mur externe et limite la fosse du côté océanique.

La direction générale de la fosse n'est pas commandée par la structure de la plaque océanique, mais par celle de l'arc insulaire ; en effet, très souvent, la structure propre de la plaque océanique est oblique par rapport à la fosse. Ainsi en est-il dans la fosse d' Amérique centrale, divisée en une succession de bassins losangiques séparés par des seuils, qui correspondent respectivement à l'entrée en subduction des grabens de la plaque océanique pour les bassins, et des horsts intermédiaires pour les seuils ; les grabens et les horsts ont une direction oblique par rapport à la fosse, mais ils sont parallèles aux anomalies magnétiques liées à la genèse de la croûte océanique. De tels dispositifs ont été retrouvés dans de nombreuses fosses, qui sont en fait une succession de bassins.

La largeur de la fosse dépend de la vitesse et de l'inclinaison du plan de subduction, mais aussi de l'importance de la sédimentation. Lorsque les apports détritiques sont très importants – par exemple, aux latitudes élevées, à partir de l'alimentation glaciaire –, la fosse est noyée sous une couverture sédimentaire qui forme un fond plat plus ou moins large ; dans les régions où les apports sédimentaires sont moindres, les détails de la morphologie de la fosse apparaissent plus clairement comme les bassins successifs qui la constituent. Enfin, la fosse peut être réduite en largeur par des glissements de terrain sur la pente interne de l'arc insulaire, comme c'est le cas, par exemple, dans la fosse du Japon (fig. 2). Ainsi, de celle-ci à la fosse des Kouriles, on oppose une fosse large à fond plat remplie de sédiments (fosse des Kouriles) à une fosse étroite, formée de bassins successifs qui se relaient les uns les autres, réduite par les glissements de terrain sur la pente de l'arc insulaire (fosse du Japon).

Le mur interne de la fosse, insulaire ou continental, présente deux morphologies principales.

Dans un premier cas, lorsque le remplissage sédimentaire est important et l'inclinaison du plan de subduction faible, les sédiments de la fosse entrent difficilement en subduction : ils se décollent, se redoublent et s'accumulent en autant d'écailles, de la plus récente à la base vers la plus ancienne au sommet, en dessinant un prisme d'accrétion dont la structure évolue progressivement du bas vers le haut de la pente, depuis des plissements faibles jusqu'aux premiers écaillages d'unités qui vont s'empiler. Ce dispositif, qui a été reconnu dans les profils sismiques multitraces de nombreuses fosses, a été rencontré lors d'un forage situé dans la fosse de la Barbade au large des Antilles, et reconnu en plongée sous-marine par les submersibles Cyana dans la fosse hellénique et Nautile dans la fosse de Nankai, au sud du Japon (cf. fig. 1 de tectonophysique ; le profil sismique multitrace présenté sur cette figure montre que, si une partie des sédiments océaniques suit la croûte océanique dans la subduction, la partie superficielle se décolle, se plisse, se rompt en accidents tectoniques qui se superposent les uns aux autres en un prisme d'accrétion qui soulève la marge du Japon).

Dans un second cas, lorsque le remplissage sédimentaire est faible et l'inclinaison du plan de subduction forte, les sédiments sont entièrement subductés sous la marge insulaire – ou continentale – qui « rattrape » la dépression ainsi creusée en s'effondrant vers la fosse : la pente interne forme alors une série de gradins limités par des failles normales. Du point de vue géométrique, la fosse apparaît alors comme un fossé limité sur ses bords par des failles normales ; à ceci près que la constitution des murs interne et externe est totalement différente et que la plaque océanique passe sous l'arc insulaire : l'allure en fossé n'est donc qu'une apparence.

Toutes les fosses océaniques se placent entre ces deux extrêmes ; dans le cas le plus courant, les deux phénomènes coexistent et une partie de la couverture sédimentaire dessine un maigre prisme d'accrétion, tandis que l'essentiel passe dans la subduction. La situation d'une même fosse peut d'ailleurs évoluer axialement en fonction de son remplissage sédimentaire, ce qui semble être le cas de la fosse de la Barbade, qui passe à la ride du même nom vers le sud, là où les apports sédimentaires de l'Orénoque et de l'Amazone vont en augmentant.

Ainsi, dans les marges actives, les phénomènes de compression ou d'extension, suivant le cas, prédominent dans le mur interne de la fosse ; on les répartit donc en marges convergentes compressives – avec prisme d'accrétion – et marges convergentes extensives – sans prisme d'accrétion (cf. arcs insulaires).

Dans les unes comme dans les autres, les sédiments qui s'engagent dans la subduction sous la marge continentale – ou insulaire – sont l'objet de surpressions qui vont jusqu'à équilibrer la charge lithostatique (poids de la colonne de terrain située au-dessus de la subduction) ; cela explique la relative facilité du processus de subduction. Ces surpressions affectent les fluides interstitiels qui s'échappent au travers des terrains poreux et/ou fracturés ; chargés en méthane – gaz abondant dans les sédiments des fosses – et en sulfures, ils alimentent des chaînes chimiosynthétiques qui permettent la vie à de très grandes profondeurs. On a observé dans la fosse du Japon et la fosse des Kouriles des colonies de mollusques (Calyptogena), associées à des gastéropodes, des échinodermes, des crustacés, etc., par 6 000 mètres de fond (photographie n^o 9), profondeur qui est proche de la limite de plongée des submersibles actuels (6 500 m pour le Shinkai 6500 japonais) ; tout conduit à penser que ces faunes existent à de plus grandes profondeurs encore. Avec les rifts médio-océaniques, les fosses océaniques sont donc le siège de la vie fixée la plus profonde de la planète.

Autres fosses associées à la subduction

Les fossés qui naissent au-dessus des plans de subduction, en arrière des arcs insulaires, représentent le premier stade de la naissance des mers marginales. Un cas spectaculaire est celui du fossé d'Okinawa, en arrière de l'arc des Ryūkyū, avec sa forme en graben limité par des blocs basculés : l'expansion n'y est qu'à ses débuts et ne semble avoir engendré une croûte océanique que très localement. Il en va de même pour la fosse de Crète, au nord de l'île éponyme, au-dessus et en arrière de la subduction de l'arc égéen. D'une façon plus générale, c'est ainsi que naissent les mers marginales – du moins certaines d'entre elles –, dont la nature de fosse s'atténue à mesure qu'elles s'élargissent.