8- Point triple ride-fosse-fosse du Chili, subduction de dorsale, les adakites (Geology, 1997)  

En 1991, nous engagions une série d’opération pour étudier le point triple du Chili, seul endroit ou une dorsale océanique active entre activement en subduction. Cette situation présente en particulier l’intérêt de reproduire les conditions thermiques de la subduction chaude qui régnait au Précambrien. Cette situation permet d’étudier un analogue des trondhjemites anciennes, les adakites actuelles. C’est ainsi que nous avons pu prélever le granite de Cabo Raper (Péninsule de Taitao) localisé actuellement à moins de 17 km de la fosse. Ce granite (Geology, 1997) présente la composition chimique de l’adakite. Dans la situation qui est la sienne le coin asthénosphérique entre les plaques supérieure et inférieure n’existe pas. La situation géométrique impose une origine par fusion partielle de la plaque inférieure (slab) métamorphisée en éclogite (grenat). De nombreux travaux conduits postérieurement dans les Andes (Chili, Equateur) ont permis la mise en valeur d’adakites associées à l’arc volcanique calco-alcalin actuel. Elles trouveraient leur origine dans la fusion partielle de la base de la croûte andine préalablement épaissie. L’adakite de Cabo Raper serait donc le seul vrai analogue actualiste de la situation précambrienne à l’exclusion des adakites de l’arc volcanique. Elles proviendraient de la fusion partielle du slab éclogitisé localisé en bordure de la fenêtre asthénosphérique.

A gauche: signature géochimique, éléments majeurs (A et B) et terres rares (C) de la granodiorite du pluton de Cabo Raper  (péninsule de Taitao, CRP, en rouge sur le schéma de droite) , noter en particulier la composition des roches prélevées qui tombent dans le champs des trondhjemites (B) et l'allure concave de la courbe (C) du côté des terres rares lourdes avec un rapport [La/Yb ≤ 10]. La granodiorite de Cabo Raper ((3 à 4.2 millions d'années) est une adakite.

A droite: Le pluton de Cabo Raper (CRP, en rouge) est actuellement (dessin du bas noté Present) localisé à moins de 17 km de la fosse. Les deux schémas du dessus reconstruisent: (1) la situation vers 1,5-1,6 millions d'années (dessin du centre noté 1.5-1.6 Ma) à partir de l'analyse des sédiments transgressifs récoltés sur la péninsule et  (2) la situation géométrique minimum nécessaire pour produire la fusion partielle d'une roche riche en grenat dont la fusion partielle est nécessaire à la production de l'adakite de Cabo Raper (dessin du haut noté 3-4.2 Ma) au moment de sa mise en place. Il n'y a pas de place pour l'existence d'un coin asthénosphérique entre le slab (en vert) et le socle de la marge continentale (en brun). L'interprétation proposée est celle de la fusion partielle d'un slab préalablement métamorphisé dans le faciès amphibolite-éclogite (Bourgois et al.,  1997). La présence de la ride du Chili en subduction sous la Péninsule de Taitao est la source de chaleur nécessaire à la fusion partielle de l'éclogite Bourgois et al. (1997).

L'adakite du pluton de Cabo Raper (voir Figure 7) dans sa situation actuelle, à 17 km de la fosse, ne se trouve pas dans les conditions géométriques minimales qui permettraient sa mise en place (Figure 8). Il trouve en effet son origine dans la fusion partielle d'une roche riche en grenat de type éclogitique (voir figure 7). Les conditions géométriques, compatibles avec les conditions de pression et de température minimum de la fusion de la fusion partielle de l'éclogite (épaisseur de la plaque supérieur, position du slab…) qui ont permis sa mise en place il y a ~4 Ma, peuvent être reconstituées. La comparaison entre la situation actuelle et celle qui prévalait il y a ~4 Ma permet de calculer le volume de matériel disparu par érosion tectonique pour parvenir à la situation actuelle. Le taux calculé montre des valeurs au moins égales aux valeurs proposées pour des marges très érosives comme le Pérou par exemple. La situation « point triple » est très efficace du point de vue du transport de matériel vers le manteau. C’est une situation retrouvée par exemple au point triple du Mexique. L’évolution des relations entre le Pacifique et sa périphérie continentale montre qu’aucun endroit n’a échappé au balayage d’un point triple par le passé. L’évolution des chaînes péripacifiques doit être comprise au travers de l’évolution de ces points triples.

10 – Point triple ride-fosse-fosse du Chili et du Mexique, la fenêtre asthénosphérique (Earth and Planetary Science Letters, 2002 ; Geology 2001 et 2005 ; Geophysical Research Letters, 2004 ; Journal of Geophysical Research, 2006 ; Lithos 2003)

L’évolution d’un point triple est associée au développement d’une fenêtre asthénosphérique (slab window). La production de basaltes le long de la dorsale océanique cesse dès lors qu’elle entre en subduction. Cependant l’écartement tectonique des plaques se poursuit après son entrée en subduction, une fenêtre asthénosphérique s’ouvre. Les asthénosphères des plaques supérieure et inférieures sont en contact. L'anomalie thermique associée à la dorsale (tomographie sismique) se poursuivent sous la plaque supérieure.
La fenêtre asthénosphérique a d’abord été décrite au point triple du Mexique. Son existence a été remise en cause ensuite, l’ouverture de la mer de Cortes le long de la prolongation de la faille de San Andreas vers le Sud venant perturber l'analyse du système. Parallèlement la fenêtre asthénosphérique était confortée dans son existence au Chili. Dans un article à Earth and Planetary Science Letters (Bourgois et Michaud, 2002) nous comparons les situations mexicaine et chilienne. De cette comparaison, la fenêtre asthénosphérique mexicaine (c'est-à-dire  d’Amérique du Nord) sort renforcée dans son existence. Une vision 3D de la tectonique des plaques doit remplacer la très classique vision 2D. Les signatures volcanique (Geology, 2001 et 2005 ; Journal of Geology 2006 a et b ; Lithos 2003) et tectonique de ces zones de point triple (Geophysical Reasearch Letters, 2004; Earth and Planetary Science Letters, 2002) doivent être envisagées dans une évolution géodynamique 3D.

Figure 9a. La subduction de la dorsale Est pacifique, point triple du Mexique(B) et subduction de la dorsale du Chili,  point triple du Chili (A) à la même échelle. Dans les deux cas une fenêtre asthénosphérique (SW en hachuré jaune) s'ouvre  sous l’Amérique du Nord (d'après Bourgois et Michaud, 2002). Cette situation s'accompagne de puissantes signatures tectonique, géodynamique, cinématique et volcanique dont on retrouve trace dans l'évolution secondaire et  tertiaire des bordures montagneuses de l'Océan pacifique.

Figure 9b. Une vision 3D est nécessaire à la compréhension de l'organisation géométrique des grandes plaques tectoniques (Pacifique, Amérique du Nord et Cocos) au point triple du Mexique. L'ouverture de la mer de Cortes (prolongement méridional de la faille de san Andreas) est un phénomène géodynamique de second ordre, d' expression superficielle (lithosphérique). Il est considéré ici comme la réponse de la dynamique asthénosphérique profonde associée à la subduction de la dorsale Est pacifique (EPR) et l'ouverture de la fenêtre asthénosphérique (Bourgois et Michaud, 2002).

11 - Fragmentation océanique, saut de dorsale, microplaque (CRAS, 1988 ; Marine Geophysical Research, 1996 ; Marine Geology, 1997; Journal of Geophysical Research, 2000, Tectonohysics, 2005)

Le point triple ride-fosse-fosse est marqué par deux types d’événements tectoniques qui affectent profondément la plaque plongeante. Au point triple du Mexique, un saut vers l’Est d’environ 100 km de la dorsale Est Pacifique marque l’évolution de la jonction de la dorsale Est pacifique avec la zone de Fracture de Rivera. II s’agit d’une réorganisation cinématique qui conduit à un nouveau contour des frontières de la microplaque Rivera (Marine Geophysical Research, 1996 ; Marine Geology, 1997). Une fragmentation de la plaque plongeante intervient en relation avec l’évolution du point triple entre les plaques tectoniques majeures que sont Cocos, Pacifique et Amérique du Nord. Au point triple du Chili un tel saut de dorsal existe également avec création d’une microplaque transitoire, la microplaque Chonos (Bourgois et al., 2000).
La fragmentation de la plaque océanique plongeante est l’une des signatures majeures de la subduction d’une dorsale active. Ce saut de dorsale est la cause possible (Figure 10a) d’un changement rapide et répété du régime tectonique de la marge.

Figure 10a. Le saut de dorsale (les deux figures de gauche) au niveau du point triple du Chili contrôle un changement du régime tectonique de la marge (les deux figures de droite) aux courtes échelles de temps (Bourgois et al., 2000). La dorsale, relief topographique chaud, rentre en subduction avec difficulté. Un transfert vers le large de l'activité tectonique d'ouverture de la dorsale intervient. Avant l'entrée en subduction de la dorsale (schéma de droite haut) le chenal de subduction (en jaune) est ouvert du côté continental, la subduction-érosion est le régime tectonique de la marge. Après subduction de la dorsale (schéma de droite bas) le chenal de subduction est ouvert du côté océanique. Le matériel sédimentaire de la fosse entre difficilement en subduction, la subduction-accrétion est le régime tectonique de la marge.

Figure 10b. La migration du point triple du Chili vers le Nord s'accompagne d'un saut de dorsale vers l'Ouest (voir aussi la Figure 10a). L'individualisation d'une microplaque transitoire, en voie de subduction complète aujourd'hui, est intervenue voilà environ 300 000 ans (C).
CMP = microplaque Chonos












12 - Contrôle climatique du régime tectonique de la marge, point triple du Chili (Journal of Geophysical Research, 2000)

Depuis 14 Ma, le point triple du Chili balaye la marge pacifique d’Amérique du Sud, du Sud vers le Nord. Ce balayage était supposé contrôler en totalité l’évolution du régime tectonique de la marge, subduction-érosion au Nord, avant le passage du point triple, subduction-accrétion au Sud à la suite du passage de la ride en subduction. Nous avons montré (Bourgois et al., 2000) que le climat et les apports induits à la fosse étaient des facteurs essentiels du contrôle du régime tectonique de la marge.
Dans le cycle glaciaire interglaciaire, les Andes de Patagonie passent par deux stades très différents. En période froide, une calotte glaciaire recouvre les Andes. Cette situation interdit un drainage du détritique vers le Pacifique, (les eaux s'écoulent vers l'Atlantique), les vents dominants drossent les icebergs à la côte, ils sont entraînés vers le Nord, la fosse au niveau du point triple est faiblement alimentée en détritique (Figure 11, schéma du bas). En période chaude, les Andes sont libérées des glaces, le matériel détritique est transporté vers le Pacifique. Le bassin du Rio Baker, en particulier, draine les Andes de la région du point triple jusqu’à l’avant-pays, de puissants apports turbiditiques remplissent la fosse (Figure 11, schéma du centre).
Pendant les périodes chaudes, l’apport massif de détritique à la fosse est la cause principale du changement du régime tectonique de la marge de la subduction-érosion à la subduction accrétion : (1) au Nord, avant le passage du point triple après la dernière déglaciation (après 14-11 ka), (2) au Sud, après le passage du point triple en relation avec l’épisode chaud à 130-117 ka (Figure 11). Seule la zone du point triple (péninsule de Taitao) est marquée par une intense subduction-érosion de la marge dont l'origine est liée à la subduction de la ride d'accrétion du Chili (voir paragraphe 9). Le facteur climatique intervient de manière prépondérante dans le contrôle du régime de la marge continentale subduction-érosion versus subduction-accétion au Nord et au Sud du point triple.  La constante de temps de la stabilité du régime tectonique de la marge continentale du Chili dans la zone du point triple est de l'ordre de 10⁴-10⁵ ans, de 1 à 2 ordres inférieurs à ce qui est communément avancé pour d'autres régions.

Le golfe de Guayaquil (Equateur) est un bassin andin en position d'avant arc  (forearc) dont il a été proposé que le mécanisme d’ouverture soit celui d’un « pull-apart basin ». L'ouverture de ce bassin serait contrôlée par la mega-faille transcontinentale dextre de Dolores-Guayaquil.

L'identification claire des contours et de l'évolution du bassin depuis 1,6-1,8 Ma ouvre la voie d'une stratégie nouvelle de recherche gazière et pétrolière restée plutôt stérile jusqu'à présent.

Figure 12a. De grands détachements E-W (traits rouges avec flèches) contrôlent l’évolution du bassin de Guayaquil-Tumbes. Ils sont induits par le déplacement vers le Nord du bloc Nord Andin (NAB encart du haut à gauche). Le bassin d'avant arc du Golfe de Guayaquil-Tumbes présente une évolution qui s'écarte sensiblement de celle d'un pull-apart au sens classique du terme.

Figure 12b. Coupe du bassin de Guayaquil-Tumbes localisée sur la carte de la figure 12a (gros trait noir NS). Le détachement actif majeur (TZDS) situé au sud du bassin correspond probablement à la remobilisation en inversion tectonique du contact d'obduction (~60-80 Ma) de l'ophiolite équatorio-colombienne (Bourgois et al., 1982 , 1987, 1990).

14 - Risque sismique, les séquences de très gros séismes (Journal of Geophysical Research, 2007)

Le long de la marge Nord péruvienne une corrélation existe entre la remontée eustatique du glaciaire à l'interglaciaire et la surrection de la zone côtière de l'avant arc andin (Bourgois et al., 2007). Cette remontée présente une segmentation dans le temps et dans l’espace. Au Nord un segment présente un soulèvement de plusieurs centaines de mètres durant les derniers 19-23 ka, tandis qu’un segment plus méridional voit son soulèvement intervenir entre 150-180 ka et 125 ka pendant la remontée du niveau marin entre le stade 6 et le substade 5e.
Le long du segment nord, un soulèvement ultra-rapide (10 à 12 mm/an pour les 20-25 derniers ka) intervient enregistré par des terrasses côtières co-sismiques. Ces terrasses au nombre de 16 sont datées à 8,1 ± 1,8 ka et 20,4 ± 2.4 ka pour la 9 ème et la 16 ème respectivement (numérotation croissante depuis la plus basse).
Nous avons proposé (Bourgois et al., 2007) que l’eustatisme joue un rôle important sur le contrôle du comportement sismogène inter plaque et le déclenchement de grandes séquences de grands séismes. Pendant la baisse du niveau marin, la pression de pore de fluide du chenal de subduction diminue induisant une migration vers le large de la zone bloquée sismogène (migration de la updip limit). Cette situation atteint son paroxysme à la fin du bas niveau eustatique. Pendant la remontée du niveau marin, la pression de pore de fluide augmente le long du chenal de subduction. Cela provoque une fragilisation de la zone précédemment bloquée le long de l’interface entre les plaques. Une longue séquence de gros séismes débute. Ainsi les paramètres orbitaux terrestres sont une cause externe qui pourrait contrôler les processus physiques à l’œuvre le long de l’interface entre plaques tectoniques convergentes.

Figure 13. Couplage entre la variation eustatique et le comportement sismique de la zone sismogène de la subduction andine nord péruvienne (d'après Bourgois et al., 2007).

Les données rassemblées depuis 5 ans sur l’évolution récente de la région du Lac General Carrera-Buenos Aires (Patagonie chilienne  et argentine, 46°S) permettent : (1) de préciser l’évolution climatique de la région pour les 11-14 derniers ka et (2) de reconstruire la surrection de la région associée à la fonte de la calotte glaciaire patagonienne. Un calcul de la viscosité élastique du manteau pour cette région sera produit. La publication des travaux est en cours d’achèvement.

 Dans l’évaluation du risque et de l’aléa sismique, les très grands évènements sismiques et la détermination de leur récurrence apparaissent comme des points d’importance. Le forearc péruvien (Bourgois et al., 2007) présente de ce point de vue un double intérêt. (1) Une séquence de 16 terrasses marines a enregistré 16 évènements co-sismiques majeurs avec des surrections de 3 à 9 m. Deux de ces évènements sont datés (voir chapitre 14). (2) Les paramètres orbitaux terrestres sont une cause externe possible du contrôle de la localisation de la zone bloquée (locked zone) le long de la zone sismogène inter-plaques. Ils peuvent de la sorte participer du déclanchement de grandes séquences de grands séismes.

Cet endroit présente un intérêt particulier intérêt du fait de la grande qualité des affleurements et de l'intérêt potentiel pour une approche de la récurrence sismique. Une datation des 16 terrasses identifiées au Pérou permettrait d'évaluer la durée de la séquence et le calcul d'une récurrence sur un grand nombre d'évènements majeurs





Figure 14. Deux terrasses co-sismiques côtières (N05 et N07) ont été datées au Pérou. Une datation de toutes les terrasses permettrait de calculer la récurrence réelle d'une séquence de grands évènements sismiques (d'après Bourgois et al., 2007).