Etude de cas au niveau de la zone de subduction des Antilles

Etude de cas au niveau de la zone de subduction des Antilles

Travail réalisé par Marc Tartière, le 30-12-2008

Cette étude cas nécessite l’utilisation :

  • Du logiciel Educarte que l’on peut télécharger gratuitement sur le portail du réseau "SISMO à l’école", rubrique "Boîte à outils"
  • Des éléments du dossier "Étude de cas Antilles" à télécharger ici.

L’étude de cas "Antilles" permet de réaliser un TP complet de Terminales S dans le thème "Convergence et subduction".

Installation de l’étude de cas

Pour installer l’étude de cas Antilles :

  • dézipper l’archive « Etude de cas Antilles ». Le dossier obtenu contient l’étude de cas, les données GPS NASA des stations concernées (dossier GPS Antilles) et les fiches techniques d’utilisation des logiciels EduCarte et SeisGram2K.
  • Copier le contenu du dossier « Antilles » (et non le dossier) dans le dossier Educarte situé sur votre machine.
  • Cliquer sur ec.antilles.html pour lancer l’étude de cas. Un raccourci de démarrage peut être réalisé.

 

I – Mise en évidence d’une convergence

Le mouvement des plaques lithosphériques peut être montré en utilisant EduCarte comme un support d’affichage des vecteurs vitesses.
 
Pour déterminer les vitesses en latitude ou en longitude, on peut utiliser :

  • les données fournies par EduCarte apparaissant sous forme d’images et donnant directement les vitesses. (= Rate)

vitesses de déplacement

  • Les données brutes de la NASA pour faire tracer, avec un tableur, les graphes des déplacements en longitude et latitude de chaque station figurant dans la zone d’étude. Les droites de régression tracées et les équations affichées par la suite, permettent de déterminer les vitesses de déplacement en latitude et longitude.

vitesses de déplacement - tableur

Voici les résultats obtenus en utilisant un tableur

tableau de vitesses de déplacement

Vitesses de déplacement des balises en mm

Dans EduCarte, les vitesses en latitude et longitude peuvent être saisies (Onglet « saisie d’une vitesse ») et les vecteurs peuvent être affichés.
 

vecteurs déplacements

On peut afficher les déplacements absolus des points stations

On peut afficher les déplacements relatifs en fixant un point de référence : ici CRO1 est le point de référence et les vecteurs donnent les mouvements des autres stations par rapport à ce point.
 
déplacements relatifs

On peut donc conclure que la plaque « caraïbe » et la plaque « atlantique » convergent (visible au niveau des déplacements avec JAMA et SCUB)

 

II - les caractéristiques d’une zone de subduction

1° - les caractéristiques morphologiques et géométriques

On utilise les différents outils (carte, coupes, vues 3D,…) proposés par le logiciel pour mettre en évidence :

- La fosse
- L’arc volcanique
- La limite des plaques

caractéristiques morphologiques et géométriques

Présence d’un arc volcanique, d’une fosse bordant cet arc volcanique

2° - La forte sismicité régionale et la répartition spatiale des séismes
 

Répartition de la sismicité

Les séismes sont répartis dans l’espace selon un plan partant de la fosse et plongeant à environ 45 ° sous la plaque caraïbe : le plan de Benioff Wadati

3° - Les déformations liées à la convergence :

On a réalisé dans cette région, un profil sismique par sismique de réflexion. Il a été matérialisé par un trait rouge sur la carte.

L’onglet « données sédimentaires » permet d’afficher 3 points.

En cliquant sur ces trois points on peut afficher :

- Le profil sismique
- La carotte 541
- La carotte 543

Leur visualisation nécessite l’autorisation d’affichage des fenêtres « pop-up »

déformations liées  à la convergence

On dispose sur le même écran ces données pour observer la disposition des couches de sédiments au niveau 541 et 543.

mise en évidence d'un chevauchement

La série de la carotte 541 est concordante alors que la carotte 543 montre un contact anormal

Du miocène se retrouve sur du pliocène qui est plus récent. Il a donc eu un chevauchement du miocène sur le pliocène. Un chevauchement = faille inverse, est une preuve d’une tectonique en compression.

Le chevauchement est confirmé par le profil sismique qui montre en 541 une série de réflecteurs.

Le chevauchement (prisme d’accrétion) argumente d’une tectonique en compression et confirme donc la convergence.

4° - Les anomalies thermiques :

Dans cette zone sismiquement active, des séismes ont eu lieu le 29-11-2007 et le 06-02-2008.

On peut afficher, en plus des séismes régionaux de la base de données, les épicentres de ces « séismes d’intérêt » (à gauche du cadre carte) et les stations GBTF et MLTF qui ont enregistré ces séismes.

En cliquant sur chaque épicentre, on peut afficher le sismogramme de chaque séisme grâce à SeisGram2K.

localisation des séismes d'intérêt

Localisation des épicentres et des deux stations d’enregistrement

Trajets directs des ondes
Trajet direct des ondes pour aller du foyer à la station d’enregistrement

Pour le séisme du 29-11-2007 : les ondes P directes vont du foyer profond à la station dans une zone montrant peu de séismes donc peu rigide et déformable (trajet rouge).

Pour le séisme du 06-02-2008 : les ondes P directes vont du foyer plus superficiel, à la station dans une zone montrant beaucoup de séismes donc rigide et cassante (trajet bleu).

Analyse sommaire des deux sismogrammes


Séisme du 29-11-2007

Dans un premier temps on dépouille le sismogramme et on pointe l’arrivée des ondes P.

Ensuite, on peut activer dans l’affichage, le mode « expert ». Un bouton supplémentaire apparaît.

En cliquant sur ce bouton, on peut afficher les temps d’arrivée théoriques calculés à partir du modèle IASP 91.

Demander l’affichage des ondes P. Le temps d’arrivée théorique des ondes P à la station, s’affiche.

Arrivée ondes P à GBTF

Pour le séisme du 29-11-2007, le plus profond, les ondes P arrive en retard à la station GBTF. Les ondes traversent une zone de roches plus chaudes, ce qui engendre un ralentissement des ondes P. On met ainsi en évidence une zone plus chaude sous l’arc volcanique ou anomalie thermique positive.

Séisme du 06-02-2008

arrivée des ondes P à MLTF

Pour le séisme du 6- 2 – 2008, les ondes sont en avance à l’arrivée à MLTF. Elles passent surtout dans la zone de séismes, = zone cassante donc rigide. Les ondes auraient traversées une zone plus froide donc plus cassante. On met ainsi en évidence une zone plus froide sous la fosse ou anomalie thermique négative.

Remarque :

Le modèle IASP 91 utilisé pour le calcul est un modèle global. Il n’est donc pas strictement fait pour les zones superficielles. L’utilisation de ce modèle dans cette activité est donc critiquable. Cependant, on peut faire la même démarche et calculer les temps d’arrivées en utilisant l’hodochrone local, appliqué à la zone des Antilles. Connaissant la profondeur, la distance à l’épicentre, on peut obtenir le temps d’arrivée des ondes P à chaque station. Les résultats obtenus par cette méthode donnent les mêmes tendances : ondes P en retard le 29-11-2007 pour GBTF et en avance le 06-02-2008 pour MLTF. Ce type de calcul, plus rigoureux dans la méthode, s’avère plus long donc difficile à intégrer dans une séance de terminale (où le temps est compté !).

Les résultats donnant les mêmes tendances, il paraît plus judicieux de passer par le modèle IASP 91 calculant les arrivées théoriques en mettant les réserves nécessaires lors de la correction avec les élèves.

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