Subduction de la dorsale du Chili et développement de la fenêtre asthénosphérique sous la Patagonie

Au cours de l’Oligocène, la cinématique des plaques est marquée par la rupture de la plaque Farallon à environ 25 Ma, formant les plaques Cocos et Nazca (Londsale, 2005). Cette période est également marquée par une augmentation de la convergence entre la plaque Nazca, nouvellement formée, et la plaque Amérique du Sud (Pardo-Casas et Molnar, 1987) ainsi que par le changement dans la direction de la convergence entre ces plaques devenant plus orthogonale (Cande et Leslie, 1986).

Au niveau de la Patagonie, la dorsale active du Chili migre vers l’est en direction de la marge chilienne. Les reconstitutions cinématiques utilisées ici sont celles réalisées par Aude de la Rupelle (mémoire M2, 2007 et co-signataire de l’article présenté ci-dessous) et par Breitsprecher et Thorkelson (2008) rendant compte de la migration du point triple du Chili depuis 18 Ma, époque où la dorsale du Chili commence à subduire sous la plaque sud-américaine, et illustrant de façon précise l’évolution du développement de la fenêtre asthénosphérique sous la plaque supérieure (Figure. II.15). A partir de 18 Ma, la dorsale du Chili entre en subduction sous la plaque sud-américaine. Le point triple formé par les plaques Nazca, Antarctique et Amérique du Sud, migre vers le nord. A 16 Ma, une quadruple jonction, situation inédite et transitoire, se développe à environ 50°S de latitude (Breitsprecher et Thorkelson, 2009). Le point triple du Chili migre vers le nord jusqu’à sa position actuelle à 46°12’S de latitude, tandis que la dorsale séparant les plaques Antarctique et Phoenix migre vers le nord-est le long de la marge Antarctique (Figure. II.15).

Figure II.15 : Reconstitutions cinématiques du sud-est pacifique entre les Andes méridionales et l’Antarctique depuis l’Eocène à l’actuel (Breitsprecher et Thorkelson, 2009). Les subductions de la dorsale du Chili sous la Patagonie et de la dorsale Farallon/Antarctique sous la Péninsule ouest Antarctique conduisent à l’ouverture de fenêtres asthénosphériques (représentées ici en orange) migrant vers le nord et le nord-est respectivement.

La subduction de la dorsale du Chili sous la plaque Amérique du Sud induit la formation d’une fenêtre asthénosphérique (Figure. II.16). Au nord du point triple, la vitesse de convergence de la plaque Nazca par rapport à la plaque sud-américaine supposée fixe est de 8 cm/an (DeMets et al., 1990) suivant une direction oblique par rapport à la fosse. Au sud du point triple, la plaque Antarctique est caractérisée par une direction orthogonale par rapport à la fosse et une vitesse de convergence de l’ordre de 2 cm/an (DeMets et al., 1990). De ce fait, la Patagonie Centrale à la latitude du point triple actuel, correspond actuellement à une

frontière en surface entre deux styles de subduction différente. Le développement de la fenêtre asthénosphérique sous la Patagonie a été largement discuté dans plusieurs articles (e.g. Lagabrielle et al., 2004 ; Guivel et al., 2006) est illustré récemment par Breitsprecher et Thorkelson, (2009). Nous remarquons que la taille de celle ci augmente avec une amplification de sa surface vers le nord-est au cours du temps (Figure. II.16). Cette fenêtre est actuellement présente sous la Patagonie depuis la latitude de 45°S jusqu’à la Terre de Feu. De plus, le développement de cette fenêtre induisant un gap dans la plaque plongeante permet la remontée de matériel asthénosphérique sous la lithosphère continentale, depuis environ 3 Ma (Figure. II.16).

Figure II.16 : Reconstitution de la localisation prédite de la fenêtre asthénosphérique (en jaune) sous le continent sud-américain entre le Miocène et l’actuel (d’après Breitsprecher et Thorkelson, 2009). Les flèches rouges indiquent le mouvement des plaques Nazca et Antarctique par rapport à la plaque supérieure supposée fixe. La profondeur du slab est indiquée sur la figure D par des pointillés rouges. Le volcanisme d’arc actif est matérialisé par des points rouges (au nord du point triple) et bleus (au sud du point triple). Nous remarquons qu’entre 4 Ma et l’actuel, la fenêtre se développe sous la région du lac Général

La compilation de tous les âges obtenus en Patagonie sur les laves alcalines Tertiaires par Guivel et al, (2006) a fait apparaître une contradiction majeure dans les premiers raisonnements reliant l’ouverture de la fenêtre asthénosphérique et la remontée de manteau asthénosphérique à travers l’ouverture ainsi créée dans le slab. En effet, les séries volcaniques constituants la base des mesetas de la Muerte (48°30’S), Belgrano (47°30’S) et del Lago Buenos Aires (47°S) et datées à environ 14-12 Ma, prédatent l’entrée en subduction de la dorsale du Chili à ces latitudes. En effet, comme nous pouvons le voir sur la figure II.16C, à 12 Ma, la fenêtre asthénosphérique est localisée le long de la marge chilienne à plus de 300 km au sud des plateaux basaltiques. De ce fait, les coulées principales constituant les mesetas ne peuvent pas être reliées au développement de la fenêtre asthénosphérique et de la remontée de manteau à travers cette ouverture. Guivel et al, (2006) proposent un modèle de déchirure du slab (slab-tear) en avant de la dorsale subduite afin d’expliquer ce magmatisme précoce,hypothèse également présentée dans l’article ci-dessous. C’est la raison pour laquelle, Breitsprecher et Thorkelson, (2009) évoque sur leur figure l’hypothèse du slab-tear à 12 Ma.

Nous remarquons également que la bordure ouest de la fenêtre correspond à l’arc magmatique (Zone Volcanique Sud et Zone Volcanique Australe), dont plusieurs volcans sont de type adakitique, tandis que la position de la bordure orientale n’est contraire que géométriquement. En effet, les effets d’érosion thermique et de slab-pull lié à la subduction de la plaque Nazca et tendant à élargir la fenêtre ne sont pas pris en compte. Ceci suggère que la position de la bordure orientale de la fenêtre pourrait se situé plus vers le nord-est.

II.2.2.2. Evolution tectonique et magmatique de la Patagonie Centrale depuis