Géologie des Antilles
La plaque caraïbe
La plaque Caraïbe est l'une de la douzaine de plaques de la surface de la Terre. Sa taille est modeste (600 000 km2), Elle date du Crétacé supérieur (90 Ma). Elle est en contact avec quatre autres plaques:COCOS, Nazca, Amérique du Nord et Amérique du Sud.
Figure 1: Localisation de la plaque Caraïbe (in Wikipédia)
Nature des frontières de plaques
Les frontières entre la plaque Caraïbe et les autres plaques sont de différentes natures.
- A l' Est (figure 2) elle est délimitée par la zone de subduction des Petites Antilles qui voit la plaque atlantique (plaque Amérique du Nord et plaque Amérique du Sud) plonger sous l'arc des Petites Antilles. La fosse liée à cette subduction a développé un large prisme sédimentaire dont l'émersion partielle a donné l'île de la Barbade.
- A l'Ouest, (figure 2) elle est en contact avec la plaque Cocos et la Plaque Nazca.
La plaque Cocos s'enfonce sous la plaque Caraïbe au niveau de la fosse d'Amérique centrale: il s'agit d'une zone de subduction.
La plaque Nazca s'enfonce sous la bordure occidentale de l'Amérique du Sud dans la fosse de Colombie.
Au nord (figure 2) la plaque Caraïbe affronte la plaque Nord Amérique; La frontière entre elles s'étend de Porto Rico au Guatémala sur environ 1 000km.
Cette frontière est constituée par les éléments structuraux suivants:
- La faille transformante de Montagua à l'ouest.
- le fossé du Cayman correspondant à une micro-dorsale de direction NS bordée par deux failles transformantes. Il prolonge la faille de Motagua vers l'Est.
La plaque caraïbe se divise en deux branches au niveau d'Hispanolia
- Une branche nord des de failles inverses ou décochantes entre l'île d' Hispaniola et les failles d'Anegada.
- une branche Sud au niveau de la fosse de Muertos.
La zone de transition entre la limite Est et la limite Nord de la plaque Caraïbe est marquée par un système de failles normales NE-SW au niveau d'Anegada.
Au sud (figure 2) la limite entre la plaque Caraïbe et la plaque Amérique du Sud se présente sous la forme de failles décrochantes dextres: faille del Pilar orientée E-W au niveau du Vénézuela, faille de Bocono et d'Oca au niveau e la Colombie. Au sud-ouest la plaque Caraïbe entre en subduction sous la plaque de Amérique du Sud et la plaque Nazca.
Les grands ensembles morphologiques
B: Belize, Ba: Bahamas C: Cuba, C R: Costa Rica, E S: El Salvador, Ga: Guatemala, H: Haïti, Ho: Honduras, I T C : Iles Turks et Caïques, J: Jamaïque, M: Mexique, N: Nicaragua, P: Panama, P N: Plaque Nazca, P R: Porto Rico, R D: République Dominicaine, USA: Etats Unis.
Figure 2: Carte du contexte géodynamique de la plaque Caraïbe
La plaque Caraïbe est une zone où se juxtaposent plusieurs bassins et rides:
Quatre bassins sont identifiés:
- le bassin du Yucatan au NO de 4 600 m de profondeur moyenne,
- le bassin de Colombie au centre
- le bassin du Vénézuela
- le bassin de Grenade
De même quatre rides sont présentes:
- la ride de Cayman
- la ride du Nicaragua (500 m)
- la ride de Beata
- la ride des Aves
De plus, des fosses et des dépressions sont présentes:
la fosse Cayman (7 686 m), la fosse Muertos et la fosse de Porto-Rico (8 605 m) la plus profonde de l'océan atlantique
Contexte tectonique
Les différentes frontières de la plaque Caraïbe avec les quatre autres plaques correspondent à des zones de convergence.
A l'ouest, la plaque Cocos s'enfonce sous la plaque Caraïbe au niveau de la fosse d'Amérique centrale. C'est le phénomène de subduction; On retrouve ce phénomène de subduction au niveau de la la plaque Nazca qui s'enfonce au niveau de l'Amérique du Sud dans la fosse de Colombie. Le taux de subduction dans cette zone ouest est de 9 cm/an.
A l'est c'est la subduction des Petites Antilles: la plaque Amérique du Nord et la plaque Amérique du Sud plongent sous l'arc des Antilles. le taux de subduction est de 2 cm/an.
Figure 3: Représentation schématique de la double subduction de la plaque Caraïbe
Au nord comme au sud le jeu de failles décrochantes dextres entraînent des mouvements de la plaque caraïbe vers l'Est. Ce déplacement est de l'ordre de 2 cm/an.
Nature de la plaque Caraïbe
La plaque Caraïbe est âgée de 90 Ma c'est à dire du Crétacé supérieur. C'est un plateau océanique ayant une composition minéralogique riche en fer et en magnésium (composition mafique) ou très riche (composition ultra-mafique).
Elle est divisée en trois couches: une croûte inférieure de 10 km d'épaisseur, une croûte intermédiaire épaisse d'environ 10 km et une croûte supérieure d'environ 4 à 7 km d'épaisseur. Cette croûte supérieure est recouverte de bassins sédimentaires volcano-sédimentaires et de plates-formes carbonatées.
Origine et formation de la plaque Caraïbe
Deux théories sont évoquées pour expliquer l'origine de la plaque Caraïbe.
Une origine autochtone. Pour ses partisans, la plaque Caraïbe se serait formée à son emplacement actuel. Elle s'enrichirait des roches magmatiques lié au magmatisme des arcs actuel et ancien.
La seconde théorie, la théorie allochtone est la plus retenue. La présence de faunes du Pacifique au sein de la plaque Caraïbe, la présence de fragments de plateaux océaniques d'âge crétacé supérieur à l'ouest de l'Equateur plaident pour une origine Pacifique de la plaque Caraïbe.
En adoptant le modèle allochtone ou modèle Pacifique la formation de la Plaque pacifique peut être traduite de la manière suivante:
Stade 1: Cassure de la Pangée suivie de la séparation de l' Amérique du Nord et de l'Amérique du Sud. Cette cassure se produit au Jurassique moyen plus précisément au Bathonien (170 Ma). Cette séparation s'accompagne de la formation de la croûte océanique proto-Caraïbe entre -160 Ma (Oxfordien) et -70 Ma (fin du Campanien).
Figure 4: La Terre au Jurassique
Stade 2: Poursuite de la subduction de la plaque Farallon (plaque proto-Pacifique) sous la façade ouest des plaques nord et sud Amérique
Figure 5: Schéma d'évolution de la plaque Caraïbe: subduction de la plaque Farallon vers l'est. (modifié d'après Mann, 2012)
Stade 3: Toujours au cours de cette période du Crétacé se met en place l'arc volcanique "Grand Arc de la Caraïbe" prémisse de l'arc volcanique des futures Grandes et Petites Antilles.à la bordure ouest de la plaque proto-Caraïbe.
Figure 6: Schéma d'évolution de la plaque Caraïbe: mise en place du Grand Arc de la Caraïbe (modifié d'après Mann, 2012)
Stade 4: Au Crétacé toujours, mais à une date qui fait encore débat on assiste à une inversion de la polarité de la subduction dont les modalités font aussi débat. Dans une première hypothèse la subduction de la plaque Farallon vers l'Est se poursuit jusqu'au Crétacé supérieur (Turonien-Santonien: 93,5 - 83,5 Ma) et sa polarité s'inverse lorsque la Caribbean Colombian Oceanic Plateau - CCOP (qui s'est formée sur la plaque Farallon à l'aplomb du point chaud des Galapagos) entre en collision avec le Grand Arc de la Caraïbe (Great Arc of the Caribbean.).
Figure 7: Inversion de polarité de la subduction de la
plaque Farallon. (modifié d'après Burke, 1988; Kerr et
al 1999).
Une seconde hypothèse suggère que l'inversion de polarité de la subduction se serait produite plus tôt au Crétacé inférieur (Albien - l'Aptien: 125-99.6 Ma). Le "Grand Arc de la Caraïbe" proviendrait alors de la subduction vers l'ouest de la lithosphère pro-Caraïbe et aurait migré entre les deux plaques américaines.
Figure 8: Inversion de la polarité de subduction et
migration du plateau océanique ( modifié d'après
Pindel et al, 2005)
Suite à l'inversion de la polarité de la subduction au Crétacé, le Grand Arc de la Caraïbe ainsi que le plateau vont dériver vers l'Est au niveau de grands décrochements, pour finalement de placer entre les plaques nord et sud Amériques contribuant ainsi à former la plaque Caraïbe.Ainsi se positionne l'arc des Grandes Antilles au nord
La dynamique de l'arc volcanique des Petites Antilles débute à l'Eocène (56 - 33.9 Ma) suite à l'ouverture du bassin de Grenade et à l'arrêt du volcanisme d'arc. Avec son déplacement Est-Ouest, la plaque Caraïbe crée des accidents : les failles d'Oriente et Septentrionale au nord, la faille d'El Pilar au sud.
L' arc volcanique des Petites Antilles se sépare en deux branches au niveau de la Martinique.
L' arc Est ou arc ancien regroupe les îles calcaires. Il a vu son activité volcanique cesser depuis l'Oligocène (33,9 - 23,03 Ma). Les îles de cette branche sont recouvertes de calcaires récifaux d''âge Miocène (23,03 -5,33 Ma) et Plio-quaternaire (5,33 - actuel)
L' arc Ouest ou arc récent est actif depuis le Miocène; Il se compose des îles volcaniques.
La Désirade qui n'appartient à aucun de ces deux arcs est composé de roches datées du Jurassique (153 - 145 Ma) et Crétacé (145 - 66 Ma) que l'on ne retrouve nulle part dans l'Arc des Petites Antilles. Elles pré-dateraient l'inversion de la polarité de la subduction.
Conclusion
La plaque Caraïbe en dépit de sa petite taille est une plaque complexe et singulière. Du fait de sa petite taille, elle subit les contraintes des plaques qui l'entourent. Dans le référentiel des points chauds, la plaque Caraïbe est considérée comme stationnaire, alors que les plaques Amérique à l'Est, Cocos et Nazca à l'Ouest la compressent avec pour conséquence le développement d'activités sismique et volcanique.
POUR ALLER PLUS LOIN
R. BACHMANN (2001) The Caribbean plate and the question of its formation. Institute of geology, University of Mining and Technology Freidberg.
M. EVIAN (2011) Structure sismique de la zone de subduction des Petites Antilles: implications sur les dimensions de la zone sismogène interplaque. Thèse de Doctorat de l'Université de Nice Sophia Antipolis.
S. LEROY (1995) Structure et origine de la Plaque Caraïbe - Implications Géodynamiques. Thèse de Doctorat de l'Université Pierre et Marie Curie - Paris 6.
I. NEILL (2011) The tectono-magmatic evolution of the south-eastern caribbean plate: insights fromLa Desirade, Trinidat and Tobago and the aves ridge. Cardiff University for the degree of Ph.D