La déformation de la plaque supérieure dans les zones de subduction en retrait

Upper plate deformation in retreating subduction zones La surface de la Terre est en permanence remodelée par les mouvements des plaques tectoniques, dont le moteur principal est la subduction, i.e. le plongement de plaques océaniques dans le manteau profond. Les fosses océaniques de subduction constituent également des limites de plaques mobiles, et les observations montrent que, sur des échelles de temps géologiques de plusieurs millions d’années, ces fosses reculent (vers la plaque plongeante) ou avancent (vers la plaque chevauchante/supérieure). Historiquement, le retrait de la fosse a été associé à une extension de la plaque supérieure au-dessus du panneau plongeant. Cependant, les zones de subduction sur Terre montrent plusieurs exemples de fosses en recul associées à des contraintes compressives. Cette thèse étudie la déformation (arrière-arc) de la plaque supérieure pour une subduction en retrait. Trois approches ont été utilisées : des modèles numériques explorant les processus physiques mis en jeu à grande échelle, des profils sismiques en mer Égée centrale permettant d’étudier la répartition des failles à l’échelle du bassin, et des observations de terrain pour caractériser l’évolution temporelle de la déformation de la plaque supérieure en mer Égée centrale. Les modèles thermo-mécaniques à grande échelle reproduisent une déformation visqueuse de la plaque supérieure, et permettent d’analyser les relations entre traction du slab, recul du slab, retrait de la fosse et déformation de la plaque supérieure, à des échelles allant de 100 à 1000 km. Ils montrent que des courants dans le manteau asthénosphérique sous les plaques (vers 100-200 km de profondeur) peuvent contrôler à la fois le mouvement relatif de la fosse et la déformation de la plaque supérieure. Cette dernière dépend également des conditions mécaniques aux limites: si la plaque est libre de bouger, sa déformation sera plutôt compressive ; mais une plaque fixe sera en extension. Ce dernier cas est comparable à la région de la mer Égée, une plaque supérieure montrant de l’extension et associée à une zone de subduction étroite en retrait. Les structures extensives associées ont été analysées grâce à l’observation sur le terrain et à l’étude de profils sismiques, révélant des failles normales, obliques et décrochantes synchrones. Cela est interprété comme résultant de la combinaison de contraintes extensives associées au recul de la fosse et de contraintes décrochantes associées à l’extrusion d’un bloc voisin. La rotation et le recul de la fosse réactivent d’anciennes failles normales dans un mode oblique-extensif, et engendrent des nouvelles failles purement normales. Les données suggèrent également un changement récent de l’état de contrainte mécanique dans la plaque, qui pourrait être dû à une déchirure du panneau plongeant côté Ouest. En sus, l’accélération du recul de la fosse et l’intensification de l’extension de la plaque supérieure expliquent probablement le flux de chaleur élevé en mer Égée, ce qui rend l’énergie géothermique potentiellement exploitable dans cette zone. Une évaluation de l’apport de la modélisation tectonique pour prédire le potentiel géothermique est finalement présentée comme perspective de l’application des recherches en géodynamique, s’appuyant sur l’exemple de la plaque supérieure égéenne amincie.