caractérisation des déplacements actuels et futurs de la plaque

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Mémoire présenté dans le cadre du cours de
Projet de fin d'études
(6GLG604)
CARACTÉRISATION DES DÉPLACEMENTS ACTUELS ET
FUTURS DES PLAQUES OCÉANIQUES DE LA MER SCOTIA
Par
Éric Larouche
Remis à
M. Edward W. Sawyer, Ph.D. et
M. Philippe Pagé, Ph.D.
Université du Québec à Chicoutimi
Janvier
2010
Projet de fin d’études
Automne 2009
TABLE DES MATIÈRES
TABLE DES MATIÈRES ..................................................................................................... ii
LISTE DES FIGURES ..........................................................................................................iii
LISTE DES TABLEAUX .....................................................................................................iii
RÉSUMÉ...............................................................................................................................iv
RÉSUMÉ...............................................................................................................................iv
REMERCIEMENTS ............................................................................................................. v
1- INTRODUCTION............................................................................................................ 1
1.1-THÉORIE DE LA TECTONIQUE DES PLAQUES ............................................... 2
1.2-SITUATION GÉOGRAPHIQUE ............................................................................. 3
1.3- TRAVAUX ANTÉRIEURS ...................................................................................... 5
2-HISTORIQUE .................................................................................................................... 5
3-ÉTAT ACTUEL DES PLAQUES................................................................................... 13
4-DÉPLACEMENT FUTUR DES PLAQUES ................................................................. 17
5-RÉSULTATS .................................................................................................................... 22
6-DISCUSSION .................................................................................................................. 22
7-CONCLUSION ............................................................................................................... 23
8-RÉFÉRENCES ................................................................................................................. 25
-ii -
Automne 2009
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Schéma des mouvements de plaques tectoniques .................................................. 3
Figure 2 : Plaques de la mer Scotia dans le monde ................................................................ 4
Figure 3 : Plaques de la mer Scotia et leur environnement .................................................... 4
Figure 4 : Profils utilisés pour identifier des anomalies magnétiques ................................... 6
Figure 5 : 167.2 Ma Ouverture du supercontinent Gondwana . ............................................. 6
Figure 6 : 147.0 Ma Création de la mer Weddell ................................................................... 7
Figure 7 : 130 Ma Début de l’ouverture de l’océan Atlantique du Sud ................................. 7
Figure 8 : 118.0 Ma Ouverture complète de l’océan Atlantique du Sud ................................ 8
Figure 9 : Positionnement des profils sismiques et magnétiques ........................................... 9
Figure 10 : Exemple de profil sismique. Celui-ci est la traverse IT-154.............................. 10
Figure 11 : 28 Ma Ouverture nord-sud entre les plaques de l’Amérique du Sud et de
l’Antarctique ......................................................................................................................... 11
Figure 12 : ~7 Ma Production de croûte de la plaque de la mer Scotia ................................ 12
Figure 13 : ~3.2 Ma Disparition de la plaque Phoenix ......................................................... 12
Figure 14 : Carte bathymétrique et gravimétrique régionale ............................................... 13
Figure 15 : Plaques de la mer Scotia et leurs frontières ..................................................... 14
Figure 16 : Positionnement des mécanismes focaux de différents tremblements de terre ... 15
Figure 17 : Déplacement des autres plaques par rapport à la plaque Scotia fixée. .............. 16
Figure 18 : Schéma récapitulatif du mouvement des plaques entourant les plaques de la mer
Scotia .................................................................................................................................... 17
Figure 19 : Caractérisation du côté est des plaques de la mer Scotia ................................... 19
Figure 20 : Modèle 1 du déplacement futur des plaques de la mer Scotia ........................... 20
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Différentes vitesses de déplacement de plaques le long des limites de la
plaque Scotia selon le modèle choisi. .............................................................................. 16
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Automne 2009
RÉSUMÉ
Le but de ce travail est de caractériser les déplacements actuels et futurs des plaques
océaniques de la mer Scotia ainsi que l’effet de celles-ci sur les plaques limitrophes. Pour
cela, des méthodes de géophysique et la tectonique des plaques ont été utilisées.
La plaque Scotia est située entre les plaques de l’Amérique du Sud au nord, de
l’Antarctique au sud et des Sandwich à l’est. Grâce aux anomalies magnétiques, il est
possible de déduire que la plaque Scotia a débuté sa formation lors de la fracturation du
supercontinent Gondwana; il y a 167,2 Ma. La rotation des plaques de l’Amérique du Sud
et de l’Antarctique a permis de créer la mer de Weddell. Dans les trente derniers millions
d’années, une dorsale s’est installée entre ces deux grandes plaques et a produit de la
nouvelle croûte océanique. Cette dorsale, accompagnée de failles transformantes, a aidé à
construire la plaque océanique telle qu’elle est actuellement.
Les plaques actuelles de la mer Scotia (Plaque Scotia et plaque des Sandwich) sont
situées entre deux grandes failles transformantes, une zone de subduction et une nouvelle
zone d’ouverture. Les failles transformantes sont situées au nord et au sud de la plaque
Scotia, la zone de subduction est située à l’est de la plaque des Sandwich et la nouvelle
dorsale se retrouve entre les ces deux plaques. Du côté ouest de la plaque Scotia,
l’ouverture s’est arrêtée et il ne reste qu’une troisième faille transformante. De nouvelles
données bathymétriques, gravimétriques, ajoutées de l’analyse de tremblements de terre
permettent de caractériser les mouvements actuels de la plaque. La plaque Scotia tourne
présentement sur elle-même dans un sens horaire et la plaque des Sandwich, qui borde la
partie est de la plaque Scotia, se déplace vers l’est.
Avec ces informations, il est possible de présenter trois modèles Le premier avance
que la partie nord de la plaque des Sandwich va rester attachée à la plaque Scotia pour
ensuite n’utiliser que la première faille transformante présente. Dans le sud, elle avancerait
jusqu’à ce que le segment situé le plus au sud du South American-Antarctic Ridge
commence à se subducter sous la plaque des Sandwich. Le deuxième modèle suggère que
la partie nord de la plaque des Sandwich se détacherait de la plaque Scotia et emprunterait
une faille subparallèle aux failles transformantes du South Sandwich Fracture Zone. La
production de croûte pourrait ainsi durer plus longtemps jusqu’à atteindre la dorsale médioAtlantique. Cependant, il ne serait pas possible de subducter la dorsale médio-Atlantique
étant donné son épaisseur et sa largeur. Le dernier modèle est un intermédiaire des deux
autres. Celui-ci suggère que le nord de la plaque des Sandwich suivrait d’abord le
prolongement du North Scotia Ridge pour ensuite suivre une faille transformante existante
se trouvant plus à l’est comparé au premier modèle. Dans le sud, la plaque des Sandwich
avancerait jusqu’à ce que la zone de subduction soit complètement en contact avec la
plaque de l’Antarctique; ce qui veut dire que des segments du South American-Antarctic
Ridge commenceraient à se subducter sous la plaque des Sandwich.
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Automne 2009
REMERCIEMENTS
Un grand merci à monsieur M. Edward W. Sawyer, Ph.D. pour avoir accepté d’être
mon directeur de projet et pour son aide et son soutient pendant toute la durée de ce projet.
Merci à monsieur Philippe Pagé, Ph.D. pour ses commentaires constructifs lors de
l’élaboration du rapport synthèse.
Merci à messieurs Levin Castillo, étudiant à la maîtrise, et Dominique Genna,
étudiant au doctorat, pour leurs conseils dans la préparation de la présentation orale.
Et finalement, merci à M. Alexandre Néron, étudiant au baccalauréat, pour son aide
dans l’utilisation du logiciel Autocad.
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Automne 2009
1- INTRODUCTION
Comprendre son environnement a toujours intéressé l’être humain. La
compréhension de celui-ci passe par l’étude de faits observables. La théorie de la tectonique
des plaques décrit les phénomènes géologiques qui affectent la surface du globe. Elle
explique la distribution des marges continentales, la formation des chaînes de montagnes,
des îles en arc, la mise en place des ophiolites, la croissance des marges continentales par
accrétion, etc. Celle-ci est donc une théorie globale qui permet d’expliquer plusieurs
processus géologiques. En utilisant cette théorie, il est possible de caractériser le
mouvement de portions de la croûte de l’écorce terrestre. Les plaques de la mer Scotia sont
des plaques relativement récentes (167.2 Ma) qui ont été peu décrites dans le passé car il
était difficile de récolter des données pour des plaques sous-marines et parce que celle-ci
est mineure dans l’interprétation des mouvements des plaques à l’échelle globale. De plus,
celles-ci sont reconnues pour avoir des mouvements complexes. Cependant, des techniques
telles que des profils sismiques, des données bathymétriques satellitaires et l’étude de la
distribution des épicentres de tremblements de terre a permis d’acquérir de nouvelles
informations sur les déplacements de ces plaques.
Les données géologiques montrent que certaines plaques ont eu des mouvements
extrêmement rapides comparées à celles à proximité. Pendant le tertiaire, par exemple, puis
la plaque Indienne a bougé rapidement et cela sur une distance considérable vers le nord,
est entrée en collision avec plaque de l’Eurasie et a créé l’orogénie de l’Himalaya. Les
traces de ce mouvement rapide sont visibles dans le couloir de bandes magnétiques dans
l’océan Indien et la plus grande anomalie négative (-107m) du Géoïde. Pendant le
protérozoïque, la plaque Kalahari semble avoir eu un déplacement extraordinairement
rapide comparé aux autres fragments créés lorsque le supercontinent Rodinia s’est
fragmenté. Condie (2003) montre qu’il y a 1100 Ma, la plaque Kalahari se situait en
bordure des plaques Laurentia et Rio Del Plata (future plaque de l’Amérique du Sud) avec
les plaques Antarctique, de l’Inde et de l’Australie; tous les cratons qui formeront plus tard
le supercontinent de Gondwana Est. Cependant, il y a 700-800 Ma, la plaque Kalahari
s’était séparée de ces cratons et avait quitté la pointe de la future plaque de l’Amérique du
Sud, avait traversé l’océan Adamastor (proto-océan Atlantique) et faisait dorénavant partie
du supercontinent Gondwana Ouest. Le Gondwana Est (700-550 Ma) a aussi rejoint le
Gondwana Ouest mais il est entré en collision du côté est de celui-ci après l’ouverture du
proto-océan Pacifique et la fermeture de l’océan Mozambique. Ceci démontre que la plaque
Kalahari s’est déplacée très rapidement et qu’il est possible qu’une plaque ait un
mouvement extraordinairement rapide.
Alors, la situation du Kalahari à la fin du Précambrien pourrait avoir ressemblé au
présent lorsque la pointe de l’Amérique du Sud est regardée de près. La récente apparition
d’une zone de subduction en dessous de l’Amérique du Sud a créé une petite plaque
océanique qui est en avancement rapide vers l’est en direction de la zone de subduction des
Iles Sandwich Sud.
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Automne 2009
L’objectif de cette étude est de faire une revue de la littérature pour :
-
Comprendre le passé des plaques de la mer Scotia;
Comprendre les mouvements actuels de ces mêmes plaques;
Comprendre le futur de ces plaques et de celles limitrophes;
Prédire l’organisation et la géométrie future des plaques Scotia et Sandwich
ainsi que la région environnante;
De plus, il sera proposé de vérifier si ce travail est un analogue pour le mouvement
de la plaque Kalahari vers la fin du Précambrien.
Ce travail a pour but de caractériser les mouvements des plaques de la mer Scotia de
leur formation jusqu’à aujourd’hui pour ensuite tenter de prévoir leurs déplacements futurs.
Pour y arriver, les derniers modèles proposés pour expliquer l’historique de la plaque sont
d’abord résumés et définis avec leurs arguments. Ensuite, ces modèles seront utilisés pour
proposer différentes hypothèses sur les mouvements ultérieurs. Finalement, les principales
caractéristiques seront exposées et une analyse critique sera effectuée pour en vérifier la
validité.
1.1-THÉORIE DE LA TECTONIQUE DES PLAQUES
Il est important de préciser ce qu’est la théorie de la tectonique des plaques.
[La tectonique est une discipline de la géologie qui étudie la nature
et les causes des déformations des ensembles rocheux, plus spécifiquement
dans ce cas-ci, les déformations, à grande échelle, de la lithosphère terrestre.
Une plaque est un volume rigide, peu épais par rapport à sa surface. La
tectonique des plaques est une théorie scientifique planétaire unificatrice qui
propose que les déformations de la lithosphère sont reliées aux forces
internes de la terre et que ces déformations se traduisent par le découpage de
la lithosphère en quatorze plaques rigides qui bougent les unes par rapport
aux autres en glissant sur l'asthénosphère.] (Tirée de Bourque 2001)
Le nombre quatorze définit les plaques principales et secondaires. Cependant, des
microplaques comme la plaque des Sandwich existent en grand nombre en bordure des plus
grandes. Bien que les détails de cette théorie ne soit pas unanimes parmi les chercheurs,
c’est celle qui prévaut présentement dans les études et plusieurs éléments observables
concordent avec celle-ci. Le reste de cette étude est constitué en prenant en compte cette
théorie.
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Automne 2009
Figure 1 : Schéma des mouvements de plaques tectoniques (Tirée de
Bourque 2001)
[Les mouvements des plaques définissent trois types de frontières
entre les plaques: les frontières divergentes, les frontières convergentes et les
frontières transformantes. Les frontières divergentes se retrouvent là où les
plaques s'éloignent les unes des autres et où il y a production de nouvelle
croûte océanique. Ceci est observable entre les plaques A et B, et D et E de
la figure 1.] Il est à noter que cette figure est schématique et que la majorité
des failles des dorsales ne sont pas verticales en réalité. [Pour les frontières
convergentes, elles sont situées là où les plaques entrent en collision,
conséquence de la divergence; ici, entre les plaques B et C, et D et C;
Finalement, les frontières transformantes sont constituées lorsque les plaques
glissent latéralement les unes contre les autres le long de failles; ce type de
limites permet d'accommoder des différences de vitesses dans le
déplacement de plaques les unes par rapport aux autres, comme ici entre A et
E, et entre B et D, ou même des inversions du sens du déplacement, comme
ici entre les plaques B et E.] (Tirée de Bourque 2001)
1.2-SITUATION GÉOGRAPHIQUE
La plaque tectonique Scotia est située dans l’hémisphère Sud entre le continent de
l’Amérique du Sud et la péninsule de l’Antarctique (fig. 2). Elle est située au sud de la
plaque de l’Amérique du Sud, au nord et à l’ouest de la plaque de l’Antarctique et à l’est de
la microplaque des Sandwich. La plaque Scotia et la plaque des Sandwich sont très petites
relativement à la plaque de l’Amérique du Sud et à la plaque de l’Antarctique. La figure 3
présente avec plus de précision la localisation des plaques dans leur environnement.
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Automne 2009
Figure 2 : Plaques de la mer Scotia dans le monde (Tirée de Nasa / Goddard
Space Flight Center 2002)
Figure 3 : Plaques de la mer Scotia et leur environnement (Tirée de
Lagabrielle et al. 2009)
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Automne 2009
1.3- TRAVAUX ANTÉRIEURS
Plusieurs travaux comme ceux de König et Jokat (2006), Lodolo et al (2006) et
Thomas et al. (2003) ont été effectués récemment dans le secteur à l’étude. La plupart ont
été fait sur la caractérisation des mouvements des plaques; de leur formation à aujourd’hui.
Les travaux les plus récents sont ceux de König et Jokat (2006) qui couvrent la période de
la formation de la plaque Scotia, il y a 167,2 Ma à 118 Ma; et ceux de Lodolo et al. (2006)
qui précisent les déplacements de la même plaque au cours des 28 derniers millions
d’années. D’autres travaux, comme ceux de Thomas et al. (2003), caractérisent les
déplacements actuels des plaques Scotia et des Sandwich. Finalement, des travaux comme
ceux du site internet comme www.scotese.com ont été effectués à une échelle plus globale
pour prévoir les mouvements futurs des plaques tectoniques.
2-HISTORIQUE
Les travaux de König et Jokat (2006) utilisant les anomalies magnétiques permettent
d’avancer que la formation de la plaque Scotia a débuté lors de l’ouverture du
supercontinent Gondwana; il y a 167.2 Ma. Un positionnement de ces anomalies est visible
sur la figure 4. Sur la figure 5, il est possible d’apercevoir la situation après le rifting estouest entre l’Afrique et l’Antarctique. Ensuite, un mouvement relatif entre les plaques de
l’Amérique du Sud / Afrique et celle de l’Antarctique a permis de débuter la création de la
mer Weddell vers 147.0 Ma (figure 6). Ce mouvement relatif est une rotation des plaques
l’une par rapport à l’autre. Puis, l’expansion continue de la mer Weddell pendant 17 Ma a
donné un système de divergence est-ouest situé le long de la côte ouest du Dronning Maud
Laud (figure 7). Il est important de noter la taille grandissante de la mer Weddell à ce
moment. Par la suite, la figure 8 représente l’ouverture de l’océan Atlantique du Sud.
Pendant tout ce temps, la mer Weddell descend vers le sud. C’est au nord de cette mer que
se créera les plaques de la mer Scotia. Il peut être utile de remarquer l’espacement
progressif entre les Îles Falkland (FKI) et le Maurice Ewing Bank (MEB) de 167.2 Ma à
118.0 Ma (voir figures 5 à 8). Cela suggère qu’il y a amincissement de la croûte
continentale.
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Automne 2009
Figure 4 : Profils utilisés pour identifier des anomalies magnétiques (Tirée
de König et Jokat 2006)
Figure 5 : 167.2 Ma Ouverture du supercontinent Gondwana (Tirée de
König et Jokat 2006) Les plus importants acronymes sont AFFZ, Agulhas
Falkland Fracture Zone; AFR, Afrique; ANP, Péninsule de l’Antarctique; EANT, Antarctique Est; FKB, Bassin du Plateau Falkland; FKI, Îles Falkland;
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Automne 2009
IND, Inde; MEB, Maurice Ewing Bank; SAM, Amérique du Sud (partie
nord).
Figure 6 : 147.0 Ma Création de la mer Weddell (Tirée de König et Jokat
2006) Mêmes acronymes que dans la figure 5.
Figure 7 : 130 Ma Début de l’ouverture de l’océan Atlantique du Sud (Tirée
de König et Jokat 2006) Mêmes acronymes que dans la figure 5.
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Figure 8 : 118.0 Ma Ouverture complète de l’océan Atlantique du Sud
(Tirée de König et Jokat 2006) Mêmes acronymes que dans la figure 5.
La rotation des plaques de l’Amérique du Sud (SAM) et de l’Antarctique (ANT) se
poursuit pendant 80 Ma. Les travaux de Lodolo et al. (2006) permettent de mieux
comprendre les trente derniers millions d’années de l’évolution de la plaque Scotia. Les
données proviennent de profils sismiques et magnétiques récoltés en bateau sur des lignes
d’échantillonnage. Celles-ci se concentrent sur les marges nord et sud de la partie ouest de
la plaque Scotia (figure 9). Les W1, W2, W3, etc. représentent des segments du western
Scotia ridge system (WSR) qui peut être observé dans la figure 12. Celui-ci était actif de
±26.0 Ma à ±6.0 Ma. Il est maintenant inactif. Ces segments permettent de comprendre
l’évolution de la plaque Scotia car c’est cette dorsale qui a créé l’espacement entre la
Péninsule de l’antarctique et la pointe sud de l’Amérique du Sud. La figure 10 représente
un des profils que Lodolo et al. (2006) ont utilisé pour interpréter les derniers 30 Ma. Ce
profil est visible sur la figure 9 comme étant la traverse IT-154.
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Figure 9 : Positionnement des profils sismiques et magnétiques (Tirée de
Lodolo et al. 2006)
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Figure 10 : Exemple de profil sismique. Celui-ci est la traverse IT-154
(Tirée de Lodolo et al. 2006)
À 28 Ma, le western Scotia ridge system (WSR) s’est développé et a produit de la
nouvelle croûte océanique. Le taux d’ouverture sur le WSR a diminué au cours du temps.
En effet, celui-ci était de 24 à 26 mm/année de 26 Ma à 20 Ma. Le taux d’ouverture n’était
déjà plus que de 10-14 mm/année de 20 Ma à 6 Ma. À 6 Ma, le western Scotia ridge system
n’est plus actif tandis que le East Scotia Ridge (EST) débute sa formation. Le début de cette
dorsale n’est pas présenté sur une figure mais sa position actuelle peut être observée sur la
figure 15. Une faille transformante, déjà présente entre la plaque de l’Amérique du Sud et
la plaque Antarctique, se divise pour former une nouvelle faille transformante plus au nord,
et une autre au sud de cette nouvelle croûte. En même temps, la microplaque Phoenix
(PHO), devenue froide et inactive, se subducte sous les plaques de l’Amérique du Sud et de
l’Antarctique mais la ride située plus à l’ouest compense pour la perte de croûte (figure 11).
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Figure 11 : 28 Ma Ouverture nord-sud entre les plaques de l’Amérique du
Sud et de l’Antarctique (Tirée de Lodolo et al. 2006) Les acronymes pour les
figure 11-13 sont ANT, plaque de l’Antarctique; NAZ, plaque Nazca; SAM,
plaque de l’Amérique du Sud; CT, Chile Trench; SSCO, plaque Scotia Sud;
NSR, North Scotia Ridge; SSR, South Scotia Ridge; SFZ, Shackleton
Fracture Zone; HFZ, Hero Fracture Zone; WSR, western Scotia ridge
system; SST, South Shetland Trench; MFS, Magallanes-Fagnano transform
system.
À 7 Ma, la zone de subduction est maintenant séparée en deux zones distinctes. La
ride à l’ouest de la plaque Phoenix s’est éteinte et la plaque suit des failles transformantes
pour aller se subducter sous la plaque Antarctique. De plus, une partie de l’ancienne zone
de subduction s’est retrouvée encore plus à l’est et entraîne une partie de la plaque de
l’Amérique du Sud sous celle des Sandwich. Cette zone de subduction se nomme le South
Shetland Trench (SST). L’ancienne zone est présentée à la figure 12 tandis que la
nouvelle zone de subduction ainsi que la plaque des Sandwich sont visibles à la
figure 15. Pendant ce temps, de la nouvelle croûte formant la plaque Scotia se forme. Elle
suit la série de failles transformantes qui recoupent le western Scotia ridge system (WSR)
(figure 12). Les plaques de l’Amérique du Sud et de l’Antarctique sont plus vieilles et
froides que la plaque Scotia et se subductent ou sont déviées par celle-ci. Cela s’est initié
pendant que le WSR était bien établi. Finalement, cela a causé la formation de la nouvelle
dorsale East Scotia Ridge (EST), non visible sur la figure 12 mais présente sur la figure 15,
située à l’est. Celle-ci s’est formée comme ride arrière arc du South Shetland Trench (SST).
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Figure 12 : ~7 Ma Production de croûte de la plaque de la mer Scotia (Tirée
de Lodolo et al. 2006) Mêmes acronymes qu’à la figure 11.
À 3,2 Ma, la plaque Phoenix est presqu’entièrement subductée sous la plaque
Antarctique. La plaque Scotia a continué sa formation de nouvelle croûte et atteint
maintenant la pointe de l’Amérique du Sud. Elle a continué à suivre le Shackleton Fracture
Zone (SFZ). À ce moment, le western Scotia ridge system (WSR) n’est plus actif comme il
est possible de le percevoir dans la figure 13.
Figure 13 : ~3.2 Ma Disparition de la plaque Phoenix (Tirée de Lodolo et al.
2006) Mêmes acronymes qu’à la figure 11.
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3-ÉTAT ACTUEL DES PLAQUES
Les plaques de la mer Scotia sont présentement situées entre la pointe sud de
l’Amérique du Sud et la péninsule de l’Antarctique et elles sont actives tectoniquement. La
création de croûte entre les deux grandes failles transformantes a fait en sorte que les
marges nord et sud de la plaque Scotia ont de grandes dénivellations comme il est possible
de le voir sur la carte bathymétrique et gravitaire régionale (figure 14). Sur cette carte, il est
possible d’observer que la partie ouest est plutôt plane comparée aux trois autres côtés.
Figure 14 : Carte bathymétrique et gravimétrique régionale (Tirée de
Sandwell et Smith, 2008)
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Automne 2009
Figure 15 : Plaques de la mer Scotia et leurs frontières (D’après Thomas et
al. 2003) Les acronymes sont SCO, plaque Scotia; SAN, plaque des
Sandwich; SAM, plaque de l’Amérique du Sud; ANT, plaque Antarctique;
SFZ, Shakleton Fracture Zone; SSR, South Scotia Ridge; NSR, North Scotia
Ridge; SCT, Southern Chile Trench; SST, South Shetland Trench (Cet
acronyme diffère de celui de Thomas et al. (2003) qui signifiait South
Sandwich Trench. Cependant, par soucis de simplicité, le même acronyme a
été conservé tout le long du travail.); ESR, East Scotia Ridge; WSR, western
Scotia ridge system; SAAR, South American-Antarctic Ridge.
La figure 15 montre la position actuelle des plaques de la mer Scotia dans leur
environnement. Elles sont entourées par trois failles transformantes (Shakleton Fracture
Zone (SFZ), South Scotia Ridge (SSR) et le North Scotia Ridge (NSR)) et par deux zones
de subduction (Southern Chile Trench (SCT) et South Shetland Trench (SST)). La dorsale
East Scotia Ridge (EST) sépare la plaque Scotia de la plaque des Sandwich. Autant de
limites de plaques rendent difficile la prédiction des mouvements futurs des plaques Scotia
et des Sandwich.
Les travaux de Thomas et al. (2003) ont porté sur les mouvements actuels des
plaques de la mer Scotia. Lorsque l’origine d’un tremblement de terre est localisée, il est
possible de la compiler. En accumulant plusieurs tremblements de terre, il est possible de
calculer la direction ainsi que les vitesses de déplacement le long des limites d’une plaque.
Un mécanisme focal est la représentation de la déformation occasionnée par un
tremblement de terre. En utilisant les mécanismes focaux de tremblements de terre reliés à
aux plaques de la mer Scotia, Thomas et al. (2003) ont pu d’abord les situer autour des
microplaques puis s’en servir pour calculer des vitesses de déplacement en millimètres par
année. De plus, ces mécanismes ont permis d’identifier le type de faille (convergente,
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Automne 2009
divergente ou transformante) se trouvant à cet endroit car un mécanisme focal indique la
direction de déplacement d’une plaque. La localisation des tremblements de terre est visible
par son mécanisme focal dans la figure 16.
Figure 16 : Positionnement des mécanismes focaux de différents
tremblements de terre (Tirée de Thomas et al. 2003) Les mécanismes de
couleur gris pâle sont ceux qui n’ont pas été utilisés par Thomas et al. (2003)
tandis que ceux noirs ont été utilisés. Les chiffres arabes représentent le
numéro de certains mécanismes qui ont été plus importants pour
l’interprétation de Thomas et al. (2003). Les chiffres romains représentent
les six mécanismes les plus importants pour la compréhension des
mouvements du South Shetland Trench (SST).
En considérant la plaque Scotia fixe comme dans la figure 17, il est possible de
définir les vitesses de déplacement des autres plaques par rapport à celle-ci. La plaque
Scotia est considérée fixe car son déplacement est faible comparé aux plaques limitrophes.
La principale raison de ceci est que l’ouest de la plaque Scotia est appuyé sur la faille
transformante Shakleton Fracture Zone ainsi que sur la zone de subduction Southern Chile
Trench. Ceci fait en sorte qu’il n’y a pas de déplacement de la plaque Scotia vers l’ouest.
Deux versions des vitesses sont disponibles dans le tableau 1. La première version est celle
calculée par Pelayo et Wiens (1989) (PW89) tandis que la deuxième version provient de
Thomas et al. (2003) (TLP2003). En utilisant les vitesses de Thomas et al. (2003), plus
récentes, il est possible d’observer les vitesses de mouvement des plaques limitrophes de la
plaque Scotia. Alors, la plaque de l’Amérique du Sud, au nord de la plaque Scotia se
déplace en moyenne de 7,1 mm/année vers l’ouest tandis que la plaque de l’Antarctique, au
sud de la plaque Scotia, se déplace de 8,5 mm/année vers l’est. De plus, la plaque de
l’Antarctique, à l’ouest de la plaque Scotia, se déplace vers le sud à une vitesse de 8,0
mm/année. Une partie de la plaque de l’Amérique du Sud se subducte à 74,5 mm/année
sous la plaque des Sandwich tandis que le taux d’expansion et de création de nouvelle
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Automne 2009
croûte le long de la dorsale East Scotia Ridge (ESR) est de l’ordre de 67,0 mm/année. Le
demi-taux (33,5 mm/année) de l’ouverture de la dorsale ESR qui essaie de s’avancer vers
l’ouest ne peut le faire car la plaque Scotia est fixe avec un appui à l’ouest. Alors, c’est la
dorsale qui se déplace vers à une vitesse de 33,5 mm/année. Cela entraîne en même temps
que toute la nouvelle croûte produite par la dorsale East Scotia Ridge se dirige vers l’est et
que la plaque des Sandwich se dirige aussi vers l’est à une vitesse de 67,0 mm/année. De
plus, il est possible de déterminer que la plaque Scotia tourne doucement sur elle-même de
sens horaire même si elle est majoritairement fixe.
Figure 17 : Déplacement des autres plaques par rapport à la plaque Scotia
fixée (Tirée de Thomas et al. 2003) Mêmes acronymes qu’à la figure 15.
Tableau 1 : Différentes vitesses de déplacement de plaques le long des
limites de la plaque Scotia selon le modèle choisi. (Thomas et al. 2003)
Mêmes acronymes qu’à la figure 15.
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Le schéma suivant (figure 18) illustre les différents mouvements actuels reliés aux
plaques tectoniques entourant la plaque Scotia. Il est possible de voir à ce moment la ride
médio-Atlantique située entre la plaque de l’Amérique du Sud et la plaque Africaine.
L’ouverture entre la plaque de l’Amérique du Sud et la plaque Africaine provoque un
déplacement de la partie sud de la plaque de l’Amérique du Sud vers le South Shetland
Trench. Cela entraîne le recyclage de cette partie de plaque sous la plaque des Sandwich car
celle-ci est ancienne et froide. Il faut prendre en considération la ride médio-Atlantique car
elle est très large mais elle a un faible taux d’écartement (25 mm/année) ce qui est très peu
par rapport à la dorsale East Scotia Ridge. De plus, celle-ci a un faible taux d’épanchement
de lave et crée donc peu de nouvelle croûte. Elle a même des épisodes amagmatiques, c’està-dire qu’il y a étirement sans création de nouvelle croûte. Elle influence la vitesse avec
laquelle la plaque de l’Amérique du Sud plonge sous la microplaque des Sandwich mais
elle n’ajoute pas beaucoup de différence dans le taux de déplacement de la plaque des
Sandwich vers l’Est car la croûte poussée par celle-ci est subductée. Cependant, il serait
tout de même difficile de faire entrer en subduction la dorsale médio-Atlantique sous une
autre plaque étant donné son épaisseur et sa largeur.
Figure 18 : Schéma récapitulatif du mouvement des plaques entourant les
plaques de la mer Scotia (Cette étude) Mêmes acronymes qu’à la figure 15.
4-DÉPLACEMENT FUTUR DES PLAQUES
En prenant en compte les différentes vitesses de déplacement tirées de l’étude de
Thomas et al. (2003), il est possible de poser différentes hypothèses :
- La plaque Scotia tourne sur elle-même de sens horaire même si elle principalement
fixe;
- La plaque des Sandwich se déplace en moyenne à 67 mm/année vers l’est;
- Il semblerait que le nord de la plaque Sandwich soit retenu par un point d’ancrage à la
plaque Scotia;
-17 -
Automne 2009
- Différentes failles se retrouvant à l’est de la plaque des Sandwich sont parallèles à la
faille située entre la plaque de l’Amérique du Sud et la plaque de l’Antarctique (South
Sandwich Fracture Zone (SSFZ) (figure 19)).
De ces arguments peuvent découler plusieurs modèles pour caractériser les
mouvements futurs de la plaque Scotia ainsi que ceux de la plaque Sandwich. Cependant, il
est important de voir d’abord la situation dans un cadre plus large. Comme il est possible de
l’apercevoir dans la figure 19, la ride médio-Atlantique est maintenant observable ainsi
qu’une partie de la plaque Africaine (AFR). Le Agulhas-Falkland Fracture Zone(AFFZ) est
présent sous forme d’une série de failles transformantes. Ces failles sont dues à un pôle de
rotation Amérique du Sud-Afrique situé près de l’Équateur. Ensuite, le contact entre la
plaque de l’Amérique du Sud et la plaque de l’Antarctique peut être décomposé eu deux
composantes. Les segments de la dorsale South American-Antarctic Ridge (SAAR) sont
d’orientation NE-SO tandis que les différentes failles transformantes formant la South
Sandwich Fracture Zone (SSFZ) sont d’orientation est-ouest.
Parce que c’est la plaque océanique de l’Amérique du Sud et non pas la plaque de
l’Antarctique qui est subductée, il est assumé que la plaque de l’Antarctique a plus de
flottabilité que la plaque de l’Amérique du Sud. Alors, il est déduit que la bordure sud de la
plaque des Sandwich continuer son déplacement le long de la South Sandwich Fracture
Zone (SSFZ) jusqu’à ce que la dorsale South American-Antarctic Ridge (SAAR) commence
à se subducter dans le South Shetland Trench (SST). Cependant, il est peu possible que la
plaque de l’Antarctique se subducte étant donné sa flottabilité. Pour le point d’attache du
nord entre la plaque Scotia et la plaque des Sandwich, il peut poursuivre sont déplacement
dans le prolongement du North Scotia Ridge (NSR) mais la question est d’évaluer quelle
faille transformante existante celui-ci empruntera ensuite ou si seulement il va être capable
de se détacher étant donné la friction présente à cet endroit entre ces deux plaques.
-18 -
Automne 2009
Figure 19 : Caractérisation du côté est des plaques de la mer Scotia (D’après
Sandwell et Smith, 2008) Les acronymes pour les figure 19-22 sont SCO,
plaque Scotia; SAN, plaque des Sandwich; SAM, plaque de l’Amérique du
Sud; ANT, plaque Antarctique; AFR, plaque Africaine; SSR, South Scotia
Ridge; NSR, North Scotia Ridge; SST, South Shetland Trench; ESR, East
Scotia Ridge; MAR, Mid-Atlantic Ridge; SSFZ, South Sandwich Fracture
Zone; AFFZ, Agulhas-Falkland Fracture Zone; SAAR, South AmericanAntarctic Ridge.
Avec ces informations, il est possible de présenter trois modèles pour le mouvement
futur des plaques de la mer Scotia :
1) Le premier (figure 20) avance que la partie nord de la plaque des Sandwich va rester
attachée à la plaque Scotia pour ensuite n’utiliser que la première faille
transformante présente. Celle-ci est la bordure nord-est de la zone hachurée dans la
figure 20. Dans le sud, elle avancerait jusqu’à ce que le segment situé le plus au sud
du South American-Antarctic Ridge (SAAR) commence à se subducter sous la
plaque des Sandwich;
2) Le deuxième modèle (figure 21) suggère que la partie nord de la plaque des
Sandwich se détacherait de la plaque Scotia et emprunterait une faille subparallèle
aux failles transformantes du South Sandwich Fracture Zone. Cette faille suit en
même temps le prolongement du North Scotia Ridge. La production de croûte
pourrait ainsi durer plus longtemps jusqu’à atteindre la dorsale médio-Atlantique
(MAR). Cependant, il ne serait pas possible de subducter la dorsale MAR étant
donné son épaisseur et sa largeur.
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3) Le dernier modèle est un intermédiaire des deux autres. Ce modèle est illustré à la
figure 22. Celui-ci suggère que le nord de la plaque des Sandwich suivrait d’abord
le prolongement du North Scotia Ridge pour ensuite suivre une faille transformante
existante se trouvant plus à l’est comparé au modèle 1. Cette faille constitue la
bordure nord-est de la zone hachurée dans la figure 22. Dans le sud, la plaque des
Sandwich avancerait jusqu’à ce que la zone de subduction soit complètement en
contact avec la plaque de l’Antarctique; ce qui veut dire que des segments du South
American-Antarctic Ridge (SAAR) commenceraient à se subducter sous la plaque
des Sandwich.
Dans les trois cas, la nouvelle croûte créée par la dorsale East Scotia Ridge (EST) est
représentée par une surface hachurée. De plus, il est estimé que le South Shetland Trench
(SST) migre vers l’est à son taux actuel pour les trois options.
Figure 20 : Modèle 1 du déplacement futur des plaques de la mer Scotia
(D’après Sandwell et Smith, 2008) Mêmes acronymes qu’à la figure 19. La
surface hachurée représente la nouvelle croûte créée par la dorsale East
Scotia Ridge (EST) et qui agrandit la plaque des Sandwich.
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5-RÉSULTATS
Selon le modèle utilisé, la distance à parcourir avant l’arrêt du déplacement de la
plaque des Sandwich sera différente. Les parcours totaux vers l’est pour les modèles 1, 2 et
3 sont respectivement 470km, 1540km et 1000km. Ces distances ont été mesurées à partir
des images satellitaires du logiciel Google Earth. Ayant chacun le même taux de production
de croûte, les temps avant la fin du mouvement sont de :
Modèle 1 :
Temps1
470 km
10 6 mm
1Ma
= 7,01 Ma
6
67 mm / année 1km 10 années
Modèle 2 :
1540 km
10 6 mm
1Ma
= 22,99 Ma
6
Temps 2
Modèle 3 :
Temps 3
1000 km
10 6 mm
1Ma
=14,93 Ma
6
Cela signifie que, selon le premier modèle, le déplacement vers l’est de la plaque
des Sandwich serait interrompu après 7,01 Ma. Avec le deuxième, l’arrêt serait plus tardif;
c’est-à-dire après 22,99 Ma. Finalement, la durée maximale du mouvement de la plaque
selon le dernier modèle prendrait 14,93 Ma.
6-DISCUSSION
Un déplacement de 67,0 mm/année démontre une vitesse de transport très grande.
Même en considérant la plus grande distance à parcourir, cela signifie qu’en moins de 23
millions d’années, la plaque des Sandwich aura terminé son expansion.
Il faut préciser cependant certains points. Plusieurs hypothèses ont du être posées
pour en arriver à ces résultats. Cela a amené des incertitudes dans les résultats. La plus
importante des hypothèses est d’avoir considéré comme acquis que la vitesse de transport
reste constante. De plus, il se peut qu’une autre plaque vienne changer les directions de
déplacement. Cependant, la rapidité du mouvement de la plaque permet de supposer que le
-22 -
Automne 2009
transport sera terminé avant que les changements à l’échelle planétaire viennent modifier la
trajectoire actuelle.
Si ces résultats sont comparés avec le déplacement de la plaque Kalahari pendant la
fin du précambrien, il est possible de s’apercevoir que les deux plaques ont des
déplacements rapides. Par contre, la plaque Kalahari avait un espace pour se déplacer
pendant un long moment. Elle a donc pu se mouvoir pendant des centaines de millions
d’années sur la même trajectoire. La plaque des Sandwich, elle, ne pourra pas aller plus loin
que la dorsale médio-Atlantique. Cependant, la croûte sur la côte ouest de la plaque
Africaine commence à se refroidir et à se densifier alors il y a peut-être une possibilité
qu’elle soit subductée. De plus, il est possible que l’ouverture de la dorsale médioAtlantique se termine d’ici les prochains 23 Ma.
Lorsque les prévisions du site www.scotese.com sont considérées, il y a constat que
l’ordre de grandeur des deux projets n’est pas le même. En effet, le site travaille à la
recherche à l’échelle globale tandis que ce projet consiste plus spécifiquement à une région
en particulier. De plus, les changements prévus par le site se calculent sur une échelle de
temps plus grande. À 50 Ma (l’intervalle de temps considéré dans les prévisions du site), le
mouvement vers l’est de la plaque des Sandwich aura déjà été effectué.
Il est important de noter que le North Scotia Ridge (NSR) supporte présentement les
déformations causées par la rotation de la plaque de l’Amérique du Sud et de la plaque
Africaine par rapport à celle de l’Antarctique. Il est possible qu’après un moment, le NSR
ne soit plus capable de contenir ces contraintes. Il pourrait alors avoir la création d’une
nouvelle plaque au nord de la plaque Scotia pour compenser le manque de croûte.
7-CONCLUSION
Le déplacement des plaques de la mer Scotia est complexe car elles sont limitées
par les grandes plaques de l’Amérique du Sud et de l’Antarctique et parce que différentes
failles transformantes, divergentes et convergentes régissent ce déplacement. Ce travail
avait alors pour but de caractériser les mouvements des plaques de la mer Scotia de leur
formation jusqu’à aujourd’hui pour ensuite tenter de prévoir leurs déplacements futurs.
Pour cela, une revue de la littérature a été effectuée pour comprendre le passé des plaques
de la mer Scotia, pour comprendre les mouvements actuels de ces mêmes plaques,
comprendre le futur de ces plaques et de celles limitrophes et prédire l’organisation et la
géométrie future des plaques Scotia et Sandwich ainsi que la région environnante.
Finalement, il a été vérifié si ce travail peut être considéré comme un analogue pour le
mouvement de la plaque Kalahari vers la fin du Précambrien.
Les principales données utilisées dans ce travail proviennent des travaux de
König et Jokat (2006), Lodolo et al. (2006) et Thomas et al. (2003). De plus, les prévisions
du site www.scotese.com ont été utilisées pour comparaison.
-23 -
Automne 2009
Ces informations ont permis de déterminer que la formation des plaques de la mer
Scotia a débuté il y a 167,2 Ma lors de l’ouverture du supercontinent Gondwana. Il y a eu
ensuite la rotation des plaques de l’Amérique du Sud et de l’Afrique par rapport à la plaque
de l’Antarctique; ce qui a permis la création de la mer Weddell. Il y a 28 Ma, le West Scotia
Ridge s’est développé entre la plaque de l’Amérique du Sud et la plaque de l’Antarctique et
a produit de la nouvelle croûte océanique. À 6 Ma, le western Scotia ridge system n’est plus
actif tandis que le East Scotia Ridge débute sa formation. Aujourd’hui, les plaques de la
mer Scotia sont entourées par trois failles transformantes (Shakleton Fracture Zone, South
Scotia Ridge et le North Scotia Ridge) et par deux zones de subduction (Southern Chile
Trench et South Shetland Trench). La dorsale East Scotia Ridge sépare la plaque Scotia de
la plaque des Sandwich.
De plus, il a été possible de démontrer que la plaque Scotia tourne doucement sur
elle-même de sens horaire même si elle est majoritairement fixe par rapport aux plaques
limitrophes. Ensuite, la plaque des Sandwich se déplace de 67,0 mm/année vers l’est. De
cela, trois modèles ont été développés. Le premier avance que la partie nord de la plaque
des Sandwich va rester attachée à la plaque Scotia pour ensuite n’utiliser que la première
faille transformante présente. Dans le sud, elle avancerait jusqu’à ce que le segment situé le
plus au sud du South American-Antarctic Ridge commence à se subducter sous la plaque
des Sandwich. Le deuxième modèle suggère que la partie nord de la plaque des Sandwich
se détacherait de la plaque Scotia et emprunterait une faille subparallèle aux failles
transformantes du South Sandwich Fracture Zone. La production de croûte pourrait ainsi
durer plus longtemps jusqu’à atteindre la dorsale médio-Atlantique (MAR). Cependant, il
ne serait pas possible de subducter la dorsale MAR étant donné son épaisseur et sa largeur.
Le dernier modèle est un intermédiaire des deux autres. Celui-ci suggère que le nord de la
plaque des Sandwich suivrait d’abord le prolongement du North Scotia Ridge pour ensuite
suivre une faille transformante existante se trouvant plus à l’est comparé au premier
modèle. Dans le sud, la plaque des Sandwich avancerait jusqu’à ce que la zone de
subduction soit complètement en contact avec la plaque de l’Antarctique; ce qui veut dire
que des segments du South American-Antarctic Ridge commenceraient à se subducter sous
la plaque des Sandwich. Lorsque les prévisions du site www.scotese.com sont considérées,
il y a constat que l’ordre de grandeur des deux projets n’est pas le même. En effet, le site
travaille à la recherche à l’échelle globale tandis que ce projet consiste plus spécifiquement
à une région en particulier.
Grâce à cela, il a été démontré qu’il y a des similitudes entre la plaque Kalahari et la
plaque des Sandwich pour la vitesse de leur mouvement. La principale différence provient
du fait que la plaque Kalahari a eu plus d’espace pour continuer son déplacement pendant
des centaines de millions d’années tandis que la plaque des Sandwich pourrait être arrêtée
par la dorsale médio-Atlantique qui aurait de la difficulté à entrer en subduction.
Des recherches pour aller chercher plus de données sur le terrain seraient
souhaitables. Cependant, ce travail peut servir de point de départ pour une étude ultérieure
plus poussée. Finalement, ces résultats pourraient être utiles pour mieux comprendre les
déplacements de la microplaque des Caraïbes.
-24 -
Automne 2009
8-RÉFÉRENCES
Bourque, P.A et Dansereau, P. (2001) Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques
[En ligne] < http://www2.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s1/tectonique.pl.html >
Note : dernière mise à jour le 24 Aout 2009.
Condie, K.C. (2003) Supercontinents, superplumes and continental growth: The
Neoproterozoic record. Dans : Yoshidu, M., Windley, B.F. et Dasguptu, S. (éditeurs)
Proterozoic East Gondwana: Supercontinent Assembly and Breakup. Geological Society,
London, Special Publication 206, p. 1-121.
König, M. et Jokat, W. (2006), The Mesozoic breakup of the Weddell Sea, Journal of.
Geophysical. Research, vol.111, B12102, 28 pages, doi:10.1029/2005JB004035.
Lagabrielle, Y., Goddéris, Y., Donnadieu, Y., Malavieille, J. et Suarez, M. (2009), The
tectonic history of Drake Passage and its possible impacts on global climate, Earth and
Planetary Sciences, Lettres 279, p. 197-211, doi : 10.1016/j.espl.2008.12.037.
Lodolo, E., Donda, F. et Tassone, A. (2006), Western Scotia Sea margins : Improved
constraints on the opening of the Drake Passage, Journal of. Geophysical Research,
vol.111, B06101, 14 pages, doi: 10.1029/2006JB004361.
Nasa / Goddard Space Flight Center (2002), Digital tectonic activity map of the Earth:
Tectonism and Volcanism of the Last One Million Years (DTAM-1) [En ligne] 1 carte
couleur, 2,57 Mb, < http://denali.gsfc.nasa.gov/dtam/data/ftp/dtam.jpg > Consulté le 03
Février 2009.
Pelayo, A.M. et Wiens, D.A. (1989), Seismotectonics and relative plate motion in the
Scotia Sea region, Journal of. Geophysical Research, 94, p. 7293-7320.
Sandwell, D.T. et Smith, W.H.F. (2008) Marine gravity from satellite altimetry [En ligne]
< http://topex.ucsd.edu/marine_grav/jpg_images/grav16.jpg >
Note : dernière mise à jour le 12 Septembre 2009
Thomas, C., Livermore, R. et Pollitz, F. (2003), Motion of the Scotia Sea Plates.
Geophysics Journal International, 155, p. 789-804.
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caractérisation des déplacements actuels et futurs de la plaque

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