De la dérive des continents

à la

tectonique des plaques

     Le modèle de Wegener datant de 1912 a été rejeté par la communauté de géologues ayant une vision fixiste.

     Au lendemain de la Seconde Guerre Mondiale, les connaissances sur la structure du globe en général et sur les fonds océaniques en particulier ont fait des progrès extraordinaires. 

Jusqu'à quelle profondeur l'Homme a-t-il été capable de creuser ?
Pour en savoir toujours plus sur la planète qui nous porte, l'idée a bien sûr été de creuser toujours 
plus profond...
Le record ? Le Kola Superdeep Borehole, Résultat d’un projet de forage scientifique de l’Union 
Soviétique mené de 1970 jusqu’au début des années 1990. 
L'objectif était de forer le plus loin possible sous la croûte terrestre pour récupérer des échantillons
 de la zone où la croûte et le manteau terrestre se mêlent. 
Ce trou d’un diamètre d’environ 23 cm atteint les 12 262 mètres de profondeur. 

Problème: Comment des arguments les plus récents ont-ils permis de réhabiliter Wegener ?

TP4 – Sismologie et mouvements lithosphériques

I. Mise en évidence d’une asthénosphère ductile

1. Existence d’une Low Velocity Zone

La vitesse de propagation des ondes sismiques dépend des matériaux qu’elles traversent.

• Les variations de ces vitesses dans les profondeurs du globe confirment l’existence de roches différentes entre les croûtes et le manteau.
• un ralentissement des ondes à partir de 100 km de profondeur traduit une fusion partielle de la péridotite du manteau. (Low Velocity Zone : LVZ).
• La péridotite perd sa rigidité et devient déformable ou ductile.

On distingue donc deux zones différentes:

• La lithosphère: partie externe du globe formée de la croûte et de la partie rigide du manteau. Cette couche est cassante, c’est le siège des foyers des séismes. Elle est limitée en profondeur par l’isotherme 1300°C.
• L’asthénosphère, sous la lithosphère, est la partie ductile du manteau.

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2. Répartition des foyers sismiques le long des fosses et existence du plan de Benioff

A proximité des fosses océaniques, les foyers sismiques plongent sur plusieurs centaines de km dans l’asthénosphère (Plan de Bénioff Wadati).

Coupe réalisée sous l’archipel des Tonga-Kermadec (SE du Pacifique) entre les îles Suva et Pago-Pago (logiciel SISMOLOG)

La présence de séismes profonds est en contradiction avec l’idée d’une couche déformable.

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3. Confirmation de la subduction grâce à la tomographie

     La tomographie permet de visualiser les anomalies de vitesse de propagation des ondes sismiques en les associant à la température des matériaux.

     La traversée d’une zone anormalement froide et donc plus dense entraîne une accélération relative des ondes (anomalie positive)

     Les zones de séismes profonds le long du plan de Bénioff présentent un aspect anormalement « froid » et ne s’expliquent que par le fait que la lithosphère océanique cassante s’enfonce dans l’asthénosphère ductile.

On parle alors de subduction.

d’après SVT 1re S Bordas

La croûte océanique disparaît au niveau des zones de subduction mais le volume terrestre est constant. Cela implique que des roches apparaissent quelque part.

Problème :   Cette disparition de la lithosphère doit être compensée ailleurs par un apport de matériaux en surface

TP5 : Mise en évidence d’une expansion océanique

II. Mise en évidence d’une expansion océanique

1. Étude des fonds océaniques et des flux géothermiques

Des campagnes océanographiques dans les années 1950 ont permis de dresser une cartographie du plancher océanique.

L’étude des fonds océaniques, met en évidence :

• Des dorsales, « chaînes de montagnes » s’étirant sur plus de 56 000 km au milieu des océans Atlantique, Indien et Pacifique.
• Des fosses océaniques, parallèles aux bordures de certains continents et arcs insulaires et allant jusqu’à 11 000 m de profondeur.

Le flux géothermique est la quantité de chaleur d’origine interne évacuée par unité de surface et par unité de temps. Les premières mesures effectuées en 1952 suggèrent l’existence d’inégalités thermiques au sein du manteau terrestre. 

• Les plaines abyssales et les fosses présentent des flux inférieurs à la moyenne
• Les dorsales dégagent un flux géothermique supérieur à la moyenne : ce serait là que les nouveaux matériaux arriveraient en surface

Ces mesures tendent à confirmer la théorie selon laquelle des mouvements de convection seraient possibles dans le manteau. 

2. L’apport du paléomagnétisme

     Lors de leur formation, les roches volcaniques comme le basalte s’aimantent selon le champ magnétique ambiant. Le champ magnétique terrestre s’est inversé de nombreuses fois au cours des temps géologiques en gardant la même direction.

d’après SVT 1re S Bordas

     Les anomalies magnétiques des basaltes sous marins montrent une répartition symétrique de part et d’autre des dorsales qui est un témoin du passage du temps.

TP 6 – La formation de la lithosphère océanique – utilisation du logiciel Magma

La subduction est le moteur de la tectonique des plaques :

• les plaques lithosphériques, froides, plus denses, s’enfoncent dans l’asthénosphère
• en profondeur, à haute température et haute pression, elles rejoignent l’asthénosphère
• cela entraîne la déchirure de la lithosphère au niveau des rifts et dorsales
• l’asthénosphère est en fusion partielle (80 % de minéraux cristallisés / 20 % de minéraux en fusion)
• au niveau des dorsales, la baisse de pression entraîne une fusion accrue des roches à température constante
• les poches de magma moins denses remontent jusqu’à la dorsale et arrivent en surface au cours d’éruptions volcaniques (basaltes)

     Les déchirures de la lithosphère, au niveau de la dorsale, sont comblées par les basaltes les plus jeunes : les plus anciens sont attirés vers l’extérieur au fur et à mesure. On parle d’expansion du plancher océanique

     Plus on s’éloigne de la dorsale, plus la couche de sédiments est épaisse et plus ceux-ci sont âgés. Cela confirme l’idée d’expansion océanique.

Âges des basaltes et âges des sédiments permettent un calcul de la vitesse d’expansion des fonds océaniques.

 3. Le volcanisme intraplaque en accord avec le modèle

On observe des alignements de volcans ne correspondant pas à des frontières de plaques : on parle de volcanisme intraplaque.

     En 1970, Morgan qui étudie les alignements d’îles volcaniques dans l’océan Pacifique, propose la théorie des points chauds : il émet l’hypothèse que ces volcans proviennent de l’activité d’un « point
chaud », panache fixe de matériel chaud provenant d’une région fixe du manteau profond : on parle alors de « points chaud ».

L’âge des volcans est régulièrement croissant d’une extrémité de l’alignement à l’autre.     

On peut déterminer la vitesse et la direction du déplacement de plaques lithosphériques au dessus de ces points chauds.

4. Existence de failles transformantes et mécanisme d’expansion océanique

     On remarque l’existence de failles transformantes nombreuses, perpendiculaires aux dorsales, où ont lieu des mouvements de coulissage suite à des séismes peu profonds.

Leur apparition est due aux mouvements d’étirement constants que la lithosphère océanique subit au niveau des dorsales.

Les plaques se déplaçant sur un globe et non sur une surface plane. Elles ont donc une vitesse angulaire autour de leur axe de rotation qui est la même en tout point. Par contre, leur vitesse de déplacement latéral varie en fonction de la position de chaque point par rapport à l’axe de rotation.

La forme en arcs de cercles des failles transformantes prouve ce mouvement relatif des plaques suivant un axe de rotation. 

d’après SVT 1re S Bordas

d’après le site Géosciences 3D

TP 7 : Le renforcement du modèle de la tectonique des plaques par des mesures variées du déplacement des plaques

5. Données GPS et preuves des mouvements des plaques lithosphériques

     Dans les années 1980, le géopositionnement par satellite ou GPS (Global Positioning System) permet un suivi continu des positions en latitude, longitude et altitude de nombreuses balises. Ces mesures confirment les données obtenues grâce aux autres méthodes : anomalies magnétiques, sédiments, dérive des plaques au dessus des points chauds…)

• Écartement de 2 à 4 cm /an dans l’Atlantique
  
• Écartement de 8 à 12 cm/an dans le Pacifique
  

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Schéma bilan de la tectonique des plaques