Le volcanisme des zones de subduction

Qu'est ce que la subduction ?

La disparition d'une plaque est un phénomène surprenant. Inexorablement poussée par les mouvements du manteau, elle passe sous sa voisine, rentrant dans les profondeurs de la Terre. Les matériaux, avalés par le manteau, iront rejoindre les magmas internes.
L'affrontement génère sur la plaque absorbante des replis à l'origine de la formation de chaînes montagneuses ou d'archipels. Ainsi se sont formés les Andes ou les Rocheuses par la subduction de la plaque Pacifique sous la plaque Américaine. Les arcs Indonésiens, Philippins, ou le Japon témoignent de la disparition de la plaque Pacifique sous les plaques voisines.
C'est dans ces formations que l'on trouve également les fosses marines les plus profondes du globe. Les manifestations visibles de cette dynamique sont une activité sismique intense, due aux frottements des deux plaques, et la fusion partielle des matériaux profonds créant un volcanisme aux éruptions gigantesques.

Bloc diagramme d'une zone de subduction
© www.mount-pelee.com

Qu'est-ce que le volcanisme de subduction ?

Avant et après l'éruption du Mt St Helens du 18/05/1980

Les volcans issus de la subduction sont des volcans auxquels une grande attention est portée, car ils sont les appareils volcaniques aériens les plus nombreux et les plus dangereux. Ils engendrent des catastrophes à bien des niveaux :

• d'immenses panaches de cendres perturbent le trafic aérien (le volcan Galungung, à Java, en 1982) et le climat régional, voire planétaire, lorsque les cendres font le tour de la Terre pendant plusieurs années (comme ce fut le cas pour l'éruption du Mont Saint Helens aux Etats-Unis en 1981)
• les cendres se répandent sur des dizaines ou centaines de km2 et s'accumulent sur les toits des habitations, les rendant dangereuses à cause des risques d'écroulement, comme au Pinatubo, aux Philipines en 1991. Ces cendres recouvrent tout (routes, champs...). Les récoltes sont perdues.
• l'air devient irrespirable pour les populations et le bétail
• des nuées ardentes dévalent les pentes du volcan
• des lahars (fleuves de boue et de cendres) détruisent, tuent et emportent tout sur leur passage (Nevado El Ruiz, Colombie, 1985).

Mis à part le volcanisme sous-marin le volcanisme de subduction produit en fait les deux tiers des appareils actifs terrestres. On les retrouve le long de la ceinture de feux du Pacifique, dans les cordillères ouest américaines, aux Aléoutiennes, au Kamchatka, en Nouvelle-Zélande, au Japon et aux îles Mariannes. Rien que dans l'océan Indien, l'arc Indonésien compte une centaine de ce type de volcans. C'est d'ailleurs sur un de ces volcans, le Mont Unzen, au Japon, que le couple de volcanologues français, Maurice et Katia Krafft, ont tristement perdu la vie, emportés par une nuée ardente.

Comment se forme ce volcanisme ?

Le volcan Merapi en Indonésie
(cliquez sur la photo pour l'agrandir)

La lente descente de la croûte océanique dans le manteau supérieur chaud le long du plan de subduction entraîne un réchauffement progressif de la plaque plongeante et des sédiments gorgés d'eau qui la recouvrent et qui ont été entraînés dans la subduction. Le magma ainsi formé s'élève pour venir faire éruption à la surface et donner naissance aux chaînes de volcans andésitiques, en arrière des fosses océaniques. Dans ce type de convergence océan-continent, le volcanisme est accompagné d'un épaississement de la croûte continentale (on parle de volcanisme de cordillères).
Une cordillère apparaît lorsqu'une plaque lithosphérique rencontre une autre plaque continentale. Ce phénomène est encore accentué quand les deux plaques sont en mouvement opposé, comme c'est le cas pour la côte Ouest de l'Amérique du Sud. A rappeler que ce phénomène se produit à l'échelle géologique, c'est à dire très lentement pour l'homme. La lithosphère froide mettra des dizaines de millions d'années pour être totalement fondue à des profondeurs de 700 km.
A noter que certaines zones de la planète sont d'une grande complexité : la partie ouest du Pacifique est un mélange de ces différents types de volcanisme.

Exemple de subduction entre les plaques du pacifique, de Juan de Fuca et la plaque nord-américaine

Dans nombre de cas, comme au Japon ou en Indonésie, la subduction met en contact une plaque océanique et des îles de nature continentale disposées en arc de cercle et séparées du continent le plus proche par des bassins marginaux (on parle alors d'arc insulaire). Le volcanisme de ces îles, lié à la subduction, est lui aussi très explosif.
Un arc volcanique apparaît lorsqu'une plaque lithosphérique océanique dite "vieille" (150 à 200 millions d'années) et donc plus dense que l'asthénosphère chaude sous-jacente, glisse ou "plonge" sous une plaque de nature différente ou identique. Ayant parcouru leur distance maximum, c'est en quelque sorte une fin naturelle. Comme ce sont des fonds océaniques, des sédiments gorgés d'eau sont entraînés avec la plaque plongeante. Vers 150 km de profondeur, ces sédiments entrent en fusion avec la partie supérieure de la plaque pour donner naissance à un magma andésitique. Ce magma va ensuite remonter dans la plaque sus-jacente par les fractures préexistantes et celles qui ont été créées lors de la subduction. Ce phénomène va se retrouver tout le long de la ligne délimitée par la rencontre de ces deux plaques : ce volcanisme va créer des îles disposées en arc, par l'accumulation de coulées et de projections d'abord sous-marines, puis sub-aériennes.
Tout près de nous, en Méditerranée, il existe l'arc égéen et surtout celui des îles éoliennes. Ce volcanisme se retrouve aussi dans l'Ouest Pacifique, dans les Petites Antilles ; les Aléoutiennes ont de même été créées par la subduction de la plaque nord américaine et pacifique, et comportent près de 80 volcans alignés en activité !

Quels sont les mécanismes des éruptions lors de subduction ?

Les magmas des zones de subduction sont de nature andésitique, car ils sont riches en silice, donc visqueux, et riches en éléments volatils : eau, gaz carbonique, etc. Ces gaz se détendent – ils augmentent de volume - et tentent de remonter vers l'extérieur à l'air libre, mais ils sont fortement ralentis par la viscosité du magma. Ils se concentrent et restent prisonniers des cavités jusqu'à ce que la pression devienne trop forte : les gaz font ensuite éclater les parois des roches encaissantes. On va donc retrouver des fragments de ces roches contenant des minéraux, dans les produits volcaniques éjectés lors de l'éruption.
La surveillance et la compréhension de ces volcans sont très importantes, car cela permet de définir leurs cycles d'éruptions. En effet, comme la pression des gaz emprisonnés dans la chambre magmatique augmente avec le temps, il a été établi que plus les éruptions sont espacées dans le temps, plus elles ont de risques à être violentes. Certains de ces volcans ont des cycles bien différents. Le nombre de leurs éruptions varie de quelques-unes par siècle (le Mérapi à Java, l'Aso et l'Asama au Japon) à plusieurs par jour (le Sakurajima au Japon).

La Ceinture de Feu

Un volcanisme intense marque le pourtour de la plaque Pacifique : cette ceinture volcanique, appelée le cercle de feu du Pacifique, est la zone la plus active du globe tant sur le plan éruptif que sismique. Elle passe par les Andes, la cordillère occidentale de l'Amérique du Nord, les îles Aléoutiennes, la péninsule du Kamtchatka, l'est de la Sibérie, les îles Kouriles, le Japon, les Philippines, Célèbes, la Nouvelle-Guinée, les îles Salomon, la Nouvelle-Calédonie et la Nouvelle-Zélande.

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Auteur

• Eric Reiter, diplomé en géologie (voir son site)