Effets tectoniques et cinématiques des collisions

VI.1. Subduction/collision de la ride D’Entrecasteaux et du plateau

Nord Torrès

Les diverses études géologiques, tectoniques, cinématiques, géochimiques du segment central attribue les perturbations de la morphologie, de la sismicité, et du volcanisme aux effets de la collision de la ride D’Entrecasteaux et du plateau Ouest Torrès (Gorton, 1977 ; Collot et al., 1985 ; Greene et al., 1988 ; Louat et al., 1988 ; Taylor, 1992 ; Greene et al., 1994 ; Taylor et al., 1995 ; Monzier et al., 1997 ; Meffre et Crawford, 2001 ; Calmant et al., 2003 ; Taylor et al., 2005) et que ceux –ci dépasseraient largement la zone d’impact (Louat et Pelletier, 1989). Les effets les plus marquants à l’échelle de l’arc sont : un fort ralentissement de la convergence atteignant les 3-4 cm/a (Calmant et al., 2003) ; la remontée de la fosse de subduction et la formation d’un prisme d’accrétion (Collot et al., 1994); l’édification de volcans relativement volumineux (MacFarlane et al., 1988) le long de fractures transverses (Greene et al., 1988) la surrection rapide (3-8 mm/a) des îles de la chaîne (avant-arc) de l’ouest à l’Holocène: (Taylor, 1992 ; Cabioch et al., 2003 ; Taylor et al., 2005)) et de la chaîne (arrière arc) de l’est (0,5 mm/a : (Taylor, 1992)) ; la subsidence des îles de la chaîne centrale et des bassins intra-arc (Taylor et al., 1987 ; Meffre et Crawford, 2001), le déplacement vers l’est de l’arc du Vanuatu (Louat et al., 1988) de l’ordre de 5,5 cm/a (Calmant et al., 2003), le chevauchement de la chaîne de l’est sur le bassin Nord Fidjien (Collot et al., 1985 ; Taylor et al., 1995) se propageant jusque sous l’île d’Ambrym (Lagabrielle et al., 2003 ; Regnier et al., 2003), ainsi que la modification du plan de Wadati-Benioff (Louat et al., 1988).

L’obliquité de la ride D’Entrecasteaux par rapport à la direction de la convergence entraîne la migration progressive de la zone de collision vers le nord avec des vitesses comprises entre 2 et 4 cm/a (Taylor et al., 1994a). Sur la base de ces taux de migration, de la morphologie de la marge et de la datation du changement de chimie des laves enregistré dans le bassin Nord Aoba, Greene et Collot, (1994) proposent que la collision de la ride D’Entrecasteaux ait débuté entre 1,5 et 3 Ma au niveau de la latitude d’Epi, puis se soit propagée au niveau de Espiritu Santo entre 1,9 et 1,5 Ma. Cependant Meffre et Crawford (2001) suggèrent que la ré-équilibration de l’arc après le passage de la ride puisse masquer les preuves de collision antérieures à 3 Ma dans la partie sud de l’arc.

L’initiation de la subduction du plateau Ouest Torrès est relativement peu contrainte. Meffre et Crawford (2001) proposent un âge de collision assez jeune, autour de 0,7 Ma. Ces mêmes auteurs suggèrent que la collision du plateau participe au fort ralentissement de la convergence au niveau du segment central, mais également au niveau du segment nord.

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VI.2. Subduction/collision de la ride des Loyauté

Cette zone a fait l’objet d’une levée bathymétrique et de 4 plongées en submersible (Nautile) dans le cadre du programme EVA. La zone d’affrontement située entre 21,5°S et 22,2°S se caractérise en sub-surface par : (1) un rétrécissement de la fosse de subduction ainsi que son recul d’une vingtaine de km, par un effondrement de la ride à l’approche de la fosse (failles normales amenant des calcaires récifaux à plus de 4000 m de profondeur), (2) par un bloc accrété de 50 km de long, (3) par la surrection du mur interne de la fosse, (4) des plis et des chevauchements à vergence S-O sur la base du mur externe et de nombreux accidents décrochants senestres de direction E-O affectant le fond de la fosse (Monzier, 1993). La collision de la ride des Loyauté semble également responsable du chimisme particulier de la ride de Hunter, avec l’émission d’andésites magnésiennes et de boninites (Monzier et al., 1993 ; Sigurdsson et al., 1993), ainsi que de la virgation des fossés de Coriolis (Fig. I.21) et la faible longueur du plan de Wadati-Benioff enregistrées au sud d’Anatom (Louat et al., 1988). Les décrochements E-O senestres identifiés autour de 22°S se poursuivent jusqu'à la zone arrière-arc, suggérant la mise en place potentielle d’une nouvelle limite de plaque à travers l’arc du Vanuatu (Monzier et al., 1993) (Fig. I.37). Cependant la localisation précise de cette limite n’est pas connue, et permet de nombreuses spéculations quant à sa géométrie et son extension, en particulier au niveau de sa jonction avec les axes d’expansion de la partie méridionale du bassin Nord Fidjien (Louat et Pelletier, 1989 ; Monzier et al., 1993 ; Lister et al., 2012).

Figure I.37 : Carte bathymétrique de la terminaison sud de la subduction du Vanuatu (données NOAA). Les axes d’accrétions sont en en rouge et les failles transformantes en noir (Maillet et al., 1989). La direction de la convergence est indiquée par la flèche noire (Calmant et al., 2003). La ligne en pointillé et le « ? » montrent l’incertitude sur la localisation précise du prolongement de la faille, et de la mise en place d’une nouvelle limite de plaque.

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La subduction de la ride des Loyauté aurait débuté il y a au moins 0,3 Ma vers 22°S, au vu des vitesses de convergence actuelles ainsi que de la morphologie de la ride et celle de la fosse (Monzier et al., 1993). La direction de convergence entre la plaque australienne et l’arc du Vanuatu, déduite des mécanismes focaux en chevauchement, varie considérablement sur une faible distance : elle est perpendiculaire à la fosse entre 20°S et 22°S (N53°E) puis devient oblique (N17°E) entre 22° S et 23°S (Fig. I.27). Monzier (1993) propose que la collision de la ride ait provoqué l’arrêt de la convergence oblique sous la terminaison arquée de l’arc volcanique. L’accident E-O accommode désormais le mouvement, tandis qu’une subduction résiduelle du bassin Sud Fidjien subsiste au sud de la collision. La micro-plaque de Matthew-Hunter semble fortement couplée à la plaque australienne. Elle migre désormais rapidement vers l’est tout en se déformant (Fig. I.38b).

VI.3. Cinématique de l’arc

L’étude de la cinématique de l’archipel par géodésie de part et d’autre de la fosse de subduction (Taylor et al., 1995 ; Calmant et al., 2003) a permis de préciser les mouvements relatifs de l’arc du Vanuatu par rapport à la plaque Australienne et au bassin Nord Fidjien.

Figure I.38 : Cartes représentant les vecteurs de vitesse (GPS) de l’arc (a) en considérant la plaque australienne fixe, (b) en considérant l’ouest du bassin Nord Fidjien fixe (Calmant et al., 2003).

Les vecteurs de convergence obtenus sont globalement perpendiculaires à la fosse (Fig. I.39). En revanche, les taux de convergence présentent de grandes variations le long de l’arc et ne peuvent pas être expliqués par le mouvement général des plaques Australie et Pacifique.

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Figure I.39 : (a) Carte représentant le contexte tectonique dérivé de l’étude de Calmant et al. (2003). Les vitesses sont en mm/a. (b) Schéma 3D représentant le contexte tectonique de l’arc du Vanuatu (Collot et al., 1985).

Ces nouvelles données permettent d’identifier 4 segments distincts, correspondant à ceux déjà établis par les variations de morphologie de la marge (cf. §III.2.4). Calmant et al. (2003) mettent en évidence un fort ralentissement (3 à 4 cm/a) de la convergence en face de la collision de la ride D’Entrecasteaux, ainsi qu’un fort déplacement vers l’est du segment central du Vanuatu à la vitesse de 5,5 cm/a (Fig. I.38), qui vient chevaucher la partie ouest du bassin Nord Fidjien (Fig. I.26b). Relativement au bassin Nord Fidjien, les segments nord et sud pivotent de façon opposée, dans le sens horaire au sud et antihoraire au nord, entraînant les mouvements extensifs observés au niveau des fossés arrière-arc adjacents (Fig. I.39).

La direction de la convergence au niveau de la zone de collision de la ride des Loyauté est divisée entre une composante normale (~ 5 cm/a) au front de la collision et d’une composante parallèle à la fosse au SE (~ 9 cm/a), probablement accommodée par la fracture transformante en arrière de l’arc. L’origine précise du déplacement rapide vers l’est de la ride de Hunter n’est pas bien contrainte et est généralement attribuée soit à l’obliquité de la convergence ou soit à l'effet de la collision.

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