La tectonique des plaques, l’histoire d’un modèle ...
Chapitre 2:
L’élaboration du modèle « tectonique des plaques »
L’élaboration du modèle « tectonique des plaques »
Introduction
Le modèle de la dérive des continents a été rejeté. Il
avait, il est vrai, des failles.
Ce modèle rendait cependant compte d’une mobilité.
Un nouveau modèle voit le jour à partir des années 60’s,
celui de la tectonique des plaques.
Wegener est le scientifique qui émit l’hypothèse, au début
du XXe siècle, de la dérive des
continents. Sa théorie fut vivement contestée et abandonnée faute de preuves
pouvant mettre en évidence la force motrice d’un tel mouvement. Dans les années
1950, des études ont pu mettre en évidence la nature des roches océaniques et
continentales, ce qui a permis de montrer que la croûte océanique et la croûte continentale sont bien deux
entités physiques et chimiques différentes.
I l’idée d’une expansion océanique
TP:
TP:
1/ Topographie et sismicité océaniques
Relief étudié par des bateaux avec des radars de plus en
plus performants et par des satellites.
Ces études ont commencé dès le XVIIIème, on a alors
découvert des reliefs sous-marins.
Pendant la deuxième guerre mondiale, les radars permettent
de visualiser de mieux en mieux les reliefs.
En 1961, publication de la première carte du fond des
océans. Depuis les satellites ont permis des cartographies de plus en plus
précises.
Parallèlement, on montre que la zone des dorsales est une
zone sismique où les séismes ont des épicentres très proches de la surface, ce
sont des zones actives.
Un autre relief est remarqué, il s’agit d’un relief
négatif : les fosses océaniques.
2/ Flux géothermique
a/ origine du flux
L’énergie (chaleur) provenant de l’intérieur de la Terre est
100 000 moindre que l’énergie envoyée par le Soleil. Chaleur résiduelle et
chaleur de désintégrations radioactives dans le manteau et les croûtes
(négligeable)
Elle est à l’origine d’un gradient de température moyen de
30°C/km (1°C tous les 30 mètres).
b/ mesures de flux et théorie de
l’expansion des fonds océaniques
répartition tout à fait indépendante de la nature océanique
ou continentale du lieu d’enregistrement.
La présence de chaleur suggère la présence de matériel
chaud. Or le matériel chaud est moins dense. Il a tendance à s’élever. Il est
alors envisagé que du matériel monte des profondeurs au niveau des dorsales et
entraîne un agrandissement de l’océan par accrétion de matériel venant des
profondeurs.
Les continents solidaires des océans se déplacent
passivement.
Ces observations ont mis
en évidence que les flux géothermiques sont plus élevés au niveau des dorsales.
Cela signifie qu’une forte quantité d’énergie thermique est dissipée au niveau
des dorsales.
En 1962, le géologue
Harry Hess synthétise de nouvelles données et émet une hypothèse sur les
mouvements océaniques. D’après lui, le plancher océanique se forme au niveau
des dorsales et c’est pour cela que l’on enregistre de forts flux
géothermiques.
En effet, le magma chaud,
moins dense, remonte du manteau. Il va se refroidir au contact de l’eau et
créer la croûte océanique. Une fois créée, la croûte océanique va s’écarter de
part et d’autre de la dorsale grâce aux mouvements de convection. Il parle de
“double tapis roulant”.
NB: Il existe quelques imprécisions sur ce document du fait d'un excès de simplification, l'épaisseur constante de la zone "orange foncée" et sa remontée depuis les profondeurs de la Terre est fausse.
La
convection
est
un mode de déplacement de la chaleur par déplacement de matière.
La nouvelle croûte océanique chaude
va se déplacer et s’éloigner de la dorsale au fur et à mesure de son refroidissement. D’après Hess, elle fnit par plonger dans le manteau
au niveau des fosses abyssales.
Dorsale
:
Il
est
alors
admis qu’une dorsale est un relief positif des fonds océaniques, siège de la production du plancher océanique.
3/ Le paléomagnétisme
L’étude du paléomagnétisme a permis de confirmer cette
hypothèse. Le champ magnétique de la Terre provient du noyau liquide. Il en
résulte un champ de forces magnétiques représenté par des lignes sur lesquelles
l’aiguille d’une boussole s’aligne. Ce champ de forces magnétiques est
caractérisé par deux pôles magnétiques : actuellement, le nord magnétique est
proche du nord géographique et le sud magnétique est proche du sud
géographique. Cependant, on sait qu’à l’échelle des temps géologiques, il y a
eu des inversions du champ magnétique, c’est-à-dire que le nord magnétique
s’est retrouvé au niveau du sud géographique. On parle alors d’anomalie du
champ magnétique.
a/ champ magnétique terrestre
La Terre se comporte comme un dipôle géant.
Et la boussole est un dipôle qui s’oriente selon le
dipôle terrestre. Le Nord de la boussole s’oriente vers le Sud (que l’on a
appelé le Nord…) du champ magnétique terrestre. Cette direction n’est pas tout
à fait le Nord géographique. L’angle de différence est appelé la déclinaison (il
est plus grand quand on s’approche du pôle nord).
Dès 1905, on pense que le champ magnétique terrestre s’est
inversé au cours des temps géologiques.
b/ roche et champ magnétique
Les roches magmatiques se forment par refroidissement du
magma. L’aimantation est possible lorsque la roche refroidit et atteint une
certaine température dite de Curie. Dans les basaltes présents dans la croûte
océanique, les minéraux qui acquièrent une aimantation sont les magnétites et
la température de Curie s’élève à 585 °C. Bien entendu, l’aimantation de la
roche est orientée en fonction du champ magnétique présent à l’époque.
Avec le refroidissement complet du magma, ce champ
magnétique est comme piégé, figé dans la roche, on peut dire qu’il est
fossilisé. Ainsi, l’étude du champ magnétique des basaltes de la croûte
océanique permet d’étudier un champ magnétique datant de plusieurs millions
d’années.
Les études réalisées sur les fonds marins montrent qu’il y a
de nombreuses anomalies magnétiques. Avec la représentation de ces anomalies
sur des cartes, on obtient des profils dits en « peau de zèbre » pour tous les
océans, sans exception. On peut voir sur le schéma ci-dessous qu’il y a alternance
entre une bande de croûte océanique avec des basaltes ayant fossilisé un champ
magnétique normal, représenté en en noir, et une bande de croûte océanique avec
des basaltes ayant fossilisé un champ magnétique inversé, ici représenté en
blanc. Certaines roches peuvent enregistrer le champ magnétique terrestre de la
Terre au moment de leur mise en place = roches magmatiques riches en Fe.
c/ anomalies magnétiques et expansion océanique
En mesurant le champ magnétique, on détecte des anomalies de
part et d’autre des dorsales réparties de façon symétrique et parallèle à l’axe
de la dorsale. On peut ainsi calculer la vitesse de déplacement de la croûte
océanique.
voir exercice :
è
Idée d’expansion océanique est renforcée.
en Vidéo (mais tout n'est pas dans le même ordre que celui que j'ai choisi)!
II Lithosphère, asthénosphère
À la fin des années 1950, il est admis que l’enveloppe
superficielle de la Terre, qui est constituée de la croûte et de la partie
supérieure du manteau, est appelée la lithosphère. Nous allons en établir les
preuves.
1/ La répartition des séismes au niveau des zones de
fosses (cas Tonga cf. TP)
L’étude du paléomagnétisme permet de confirmer
la
théorie de l’expansion océanique qui dit que le plancher océanique se
forme au niveau des dorsales et se déplace par convection. C’est l’étude des
séismes au niveau des fosses océaniques qui va permettre d’affirmer que la croûte océanique retourne dans le manteau au niveau des fosses abyssales. Les scientifiques qui argumentent alors en
faveur de cette théorie le font grâce à différentes données représentées sur ce schéma :
Les séismes ont des foyers ne dépassant pas généralement 200
kilomètres de profondeur. Cela signifie qu’il y a une couche cassante en surface.
Cette couche est plus épaisse que la croûte : c’est ce qu’on appellera
lithosphère.
On peut trouver en bordure d’océan une fosse (cf. Logiciel
sismolog) et il y existe des séismes très profonds. Cela suppose qu’il y a du
matériel cassant en profondeur.
La lithosphère disparaît dans l’asthénosphère au niveau des
fosses. On parle de subduction.
La subduction fait disparaître du matériel lithosphérique de
la surface alors que l’accrétion produit de la lithosphère au niveau de la
dorsale.
Un vidéo pour détailler le principe de la subduction!
Attention tout n'est pas à maîtriser, icic les explications dépassent les attendus de première S
La lithosphère n’est pas une couche continue, elle est
découpée en plaques dont les limites sont les zones de forte activité sismique et volcanique.
2/ Constitution de la lithosphère et de l’asthénosphère
La lithosphère est constituée de la croûte (gabbros,
basaltes et roches sédimentaires pour la croûte océanique et granitoïdes et
roches sédimentaires pour la croûte continentale) et de la partie superficielle
et cassante du manteau (péridotite). Elle est plus épaisse au niveau des
continents. En moyenne 150 km de profondeur.
L’asthénosphère est mantellique. Elle est constituée de
péridotite (solide) mais plus chaude et qui a donc un comportement ductile =
déformable.
La différence de comportement du manteau lithosphérique et
manteau asthénosphérique provient d’une différence de température. Il y a vers
1300°C, un changement net, la péridotite passe de cassante à ductile. (Elle
peut alors se déformer sans se rompre tout en restant à l’état solide).
Remarque : Tomographie sismique Description
de la méthode qui doit être comprise et maîtrisée au niveau première S et
nécessaire en TS.
Cette technique permet une visualisation de la lithosphère
(moins chaude) qui s’enfonce dans l’asthénosphère.
1/ Déplacement en rotation des plaques
Les photos réalisées grâce
à l’utilisation de submersibles permettent de faire apparaître la présence de
failles perpendiculaires à l’axe des dorsales. Ces failles sont appelées
failles transformantes et ont la particularité de décaler l’axe de la dorsale.
On les retrouve d’ailleurs
au niveau de toutes les dorsales du globe et on peut alors se demander quel est
le mécanisme qui entraîne l’apparition de telles failles.
Le phénomène a pour origine la forme sphérique de la Terre.
Prenons en exemple une plaque. Sa vitesse linéaire est constante. En effet,
elle est corrélée à la vitesse de fabrication de la croûte océanique par les
dorsales. Cependant, il faut ajouter à cette plaque une vitesse dite angulaire,
car la Terre n’est pas plate. Cette vitesse angulaire va dépendre de la
distance de la plaque au pôle eulérien de cette rotation.
Pôle eulérien terrestre :
Définition : Point à la surface de la Terre par lequel
passe son l’axe de rotation d’une plaque par rapport à une autre. L’axe de
rotation traversant de part en part le globe, il y en a deux.
Plus une plaque va être proche d’un pôle eulérien, plus sa
vitesse angulaire va être faible. Or, la vitesse globale de la plaque dépend en
même temps de sa vitesse linaire et de sa vitesse angulaire. En effet, les
différentes régions de cette plaque qui n’ont pas la même distance au pôle
eulérien n’auront pas la même vitesse globale de déplacement. La lithosphère
océanique ne pouvant pas se déformer, il y a fracture : ce sont les failles
transformantes.
Faille transformante :
Définition : Une faille transformante est une fracture
qui décale l’axe des dorsales. Un secteur de la faille est marqué par une
activité sismique liée à des mouvements décrochants.
Les plaques se déplacent à la surface de la Terre. La Terre
est une sphère, les déplacements sont des rotations. L’axe de rotation de
chaque plaque passe par le centre de la Terre et par le pôle eulérien.
Ce pôle eulérien peut être déterminé par la géométrie des
failles transformantes.
Rq : Les séismes sont localisés en bordure des plaques. Il y a très peu d’activité intraplaque = peu de déformations intra-plaques, cela correspond avec l’idée de rigidité qui définit la lithosphère.
2/ Les points chauds
Tout comme les zones de forte activité sismique, les zones
de volcanisme se situent essentiellement au niveau des dorsales et des zones de
subduction. (Il y a correspondance entre les zones de forte activité sismique
et de forte activité volcanique).
Cependant, on retrouve des
alignements de volcans au milieu de plaques. Comment expliquer ces observations
? Une interprétation a été proposée par J. Morgan en 1971, qui permet d’étayer
le modèle de la tectonique des plaques.
Définition :
Point chaud : Un point chaud est une zone de remontée de magma
profond. Le point chaud est fxe au cours des temps géologiques, et permet donc
de servir de référent.
La présence d’anciens volcans en ligne à l’intérieur des
plaques montre que la plaque s’est déplacée. En effet, comme on peut le voir
sur le schéma ci-dessous, au temps t1, le point chaud provoque la création d’un
volcan qui est actif tant qu’il se situe au-dessus de ce point chaud. Au temps
t2, la plaque s’est déplacée, le premier volcan devient inactif et un nouveau
volcan est créé. L’observation de la répartition des volcans sur les plaques
renseigne sur la direction et la vitesse des mouvements de ces dernières.
Une publi intéressante:
https://www.pourlascience.fr/sd/geosciences/les-galapagos-defient-les-modeles-de-points-chauds-11858.php
Les points chauds, intégrés au modèle de mouvement des
plaques permettent d’en préciser la vitesse et la direction dans un repère
« absolu ». Ce n’est plus le mouvement relatif des plaques mais le
mouvement par rapport à un point supposé fixe.
Guyot : volcan sous-marin au sommet plat.
Le modèle de tectonique retenu à la fin des années soixantes:
Le modèle de tectonique retenu à la fin des années soixantes:
Conclusion
La tectonique des plaques correspond à un modèle. Ce ne sont
pas les continents qui se déplacent sur le plancher océanique mais des plaques
mixtes (continents plus océans) et en évolution temporelle (expansion par les
dorsales océaniques et réduction par la subduction océanique) qui sont en
rotation sur la surface du globe. Dans le premier modèle dans les années 60, on
définit 6 plaques. Modèle de Pichon: 1968
On accepte à présent un modèle à 12 plaques avec des limites de plaques montrant trois types de mouvements.
On résume!
Commentaires