L'archipel nippon : aperçu tectonique, magmatique et géologique.

Selon la légende, les plus grandes îles du Japon furent formées par un sabre qui fut plongé dans l’eau par les dieux et les 4 gouttes d’eau parfaites qui glissèrent de la lame formèrent les terres du Japon.

Dans la réalité, le Japon est un archipel composé de plusieurs milliers d’îles dont quatre principales (Hokkaido, Honshu, Shikoku et Kyushu) qui se situent sur l’une des zones tectoniques les plus actives du monde.

Les plaques tectoniques en présence :

Cet archipel d’îles en arc est affecté par la subduction des plaques du Pacifique et des Philippines sous la plaque Eurasie.  Le Japon se trouve dans l'une des régions du globe terrestre les plus complexes au niveau volcanique et sismique. Ces zones de subduction se caractérisent par la présence de trois fosses océaniques : la fosse du Japon, la fosse d'Izu-Bonin et la fosse de Sagami. Ici, le plan de Wadati-Benioff se situe à une profondeur moyenne comprise entre 150 et 200 kilomètres.

Les plaques tectoniques en présence et les fosses océaniques caractérisant les zones de limites de plaques www.geology.um.maine.edu

Vue 3D plus explicite de la subduction au niveau de l'archipel nippon et de la position du point triple. - Geodynjapan.

Ce schéma général est compliqué par une récente découverte: en 2008, des scientifiques de l'Active fault research center - Tsukuba, Japon - et de l'USGS, ont mis en évidence d'un fragment de plaque sous la plaine du Kanto, sous la capitale japonaise et sous une région peuplée par plus de 30 millions de personnes. Ce fragment, d'une centaine de kilomètres de long et 25 km. d'épaisseur, se serait détaché de la plaque Pacifique, il y a 2 ou 3 millions d'années, à la suite de la collision entre deux chaînes de montagnes sous-marines au niveau de la fosse du Japon, 200 km. à l'est de Tokyo.

Les géologues ont détecté sa présence en analysant les secousses du sous-sol de la plaine du Kanto lors de 300.000 petits tremblements de terre. Ils ont isolé une zone considérée comme faisant partie de la plaque philippine mais dont les réponses aux secousses s’apparentaient à celles de la plaque pacifique.

Cette dernière pousse vers l’ouest et s’enfonce sous la plaque eurasienne, tandis que celle des Philippines pousse vers le nord, s’enfonçant également sous l’Eurasie.

Ce contexte géodynamique est particulièrement propice à l’activité sismique et volcanique qui caractérise non seulement cette région, mais également toute la ceinture de feu du Pacifique.

Carte des séismes superficiels, intermédiaires et profonds : superposition entre les zonde sismiques et les limites de plaques - fosses océaniques.

Volcanisme dans le contexte d'arc insulaire :

De la subduction d’une plaque océanique sous une autre plaque océanique ou continentale résulte un prisme d’accrétion qui se forme par apport constant de magma en provenance de la fusion partielle de la plaque qui subducte. L’arc ainsi créé peut faire de 200 à 300 kilomètres de large par plusieurs milliers de long et peut créer un arc secondaire ainsi qu’un bassin d’arrière-arc.

Tout ceci est régi par une série de facteurs qui influencent la pétrogenèse des magmas tels que le taux de subduction qui varie de 0.9 à 10.8 cm/an, l’âge de la zone de subduction, l’âge de la plaque subductée ainsi que l’étendue de l’écoulement dans le manteau sus-jacent induit par la plaque

Le volcanisme qui en découle n’est pas constant dans toute la zone et va grandement varier selon l’angle de plongée de la plaque. En effet, ce dernier contrôle la génération de magmas par les pression-température et par la déshydratation de la croûte subductée.(M-A.Laporte - Géoscope)

                                 Schéma idéal de subduction dans le contexte d'arc volcanique.

Le cas de l'archipel nippon est plus complexe du fait de la subduction de deux plaques océaniques, la Pacifique et la Philippine, sous une plaque continentale, l'Eurasienne; de ce fait, il y a création d'un arc perpendiculaire à l'île de Honshu, l'arc Izu-Bonin, qui se prolonge jusqu'à la fosse des Mariannes.

Magmatisme de subduction dans l'archipel japonais :

Dans le modèle de subduction classique, le magma qui arrive en surface est généré par la croûte océanique faite de basalte, qui se déshydrate au cours de la subduction et hydrate le manteau sus-jacent ... ce qui cause une fusion partielle de la croûte (par diminution de la température de fusion) à des températures de plus de 1.000 °C..

Le magma remonte à travers la croûte continentale, où il engendre une fusion partielle de celle-ci. Durant cette ascension, le magma va s'enrichir en oxydes de silice. Les laves qui sortiront seront alors de composition plus andésitique (SiO₂ > 57% wt) que basaltique comme à l'origine.

Ce type de magma est propice à un volcanisme explosif, ce qui est le cas pour le Fuji San (île de Honshu) et le Sakurajima (île de Kyushu).

Par contre, certains volcans tels que le Daisen ou le Naguro montrent des compositions de lave allant de la dacite à la rhyolite, ce qui est inexplicable par le modèle classique. Un nouveau modèle de fusion bimodale est nécessaire : il y a remobilisation de l'andésite, avec une nouvelle fusion du matériel en place (Tamura 2003).

Ces mécanismes sont toujours à l'étude dans le cadre du volcanisme japonais.

Quelques volcans parmi les 140 édifices que compte l'archipel nippon :

Aperçu géologique et implications :

Les géologues expliquent l'organisation et la nature des terrains du Japon par la superposition d'au moins trois grands épisodes d'orogenèse.

La seconde orogenèse (en ligné sur la carte) est, avec les volcans, à l'origine des reliefs actuels.

Le Japon, suite à cette histoire géologique complexe, est un pays de montagnes aux fortes pentes (les 3/4 ont une pente de plus de 15%) et de zones de plaine relativement restreintes, à la périphérie du territoire.

Les glissements de terrain sont fréquents et découlent de terrains meubles - cendres et tufs volcaniques - , fortement inclinés, fragilisés par des ruissellements d'eau abondants et soumis à une importante sismicité.

La liaison du Japon au continent, lorsque le niveau marin était plus bas ou lors des glaciations, a permis le passage des populations depuis l'asie. Les traces humaines les plus anciennes remonteraient à moins 40.000 ans, avec unpremier véritable peuplement entre moins 20.000 et moins 12.000 ans, lors de le dernière période glaciaire.

Sources :

-  Le volcanisme au Japon, nouveau modèle de la genèse des magmas. -  Marc-Antoine Laporte (2008). in SpectroSciences / Géoscope, le journal d'information du département de géologie et de génie géologique de l'Université Laval.   -  http://www.spectrosciences.com/spip.php?article98.

- Une plaque tectonique découverte sous Tokyo - France 24.

- Aperçu du Japon sous l'angle géologique - lien