CHAPITRE 3

Le renforcement du modèle

Si ce modèle de la tectonique des plaques est bon, il  a des conséquences prévisibles.

De nouvelles explorations se sont avérées être en accord avec le modèle. Par ailleurs, le modèle a été enrichi : des mécanismes de l’expansion océanique ont été proposés.

I Age des fonds océaniques

Les mesures du paléomagnétisme à de fortes profondeurs ne permettent pas directement de dater les roches. On peut juste dire qu’il y a des anomalies positives et négatives et voire que cela est en accord avec un vieillissement de part et d’autre de la dorsale en faisant le lien avec les inversions du champ magnétique terrestre.

 1/ Programme de forage sous-marins JOIDES

Joint Oceanographic Institutions for Deep Earth Sampling

Il s’agit d’un programme commencé en 1968, très coûteux, de prélèvements de données exploitables ensuite par  toute la communauté scientifique. ( idem programme exploration lunaire). Des forages en mer profonde ont été réalisés pour ramener à la surface les roches du fond des océans.

Il s’agit de roches sédimentaires posées sur le socle basaltique.

Roches sédimentaires:  Il existe une érosion des roches en milieu continental. (Souvent cela est lié à l'eau de ruissellement plus autres mécanismes physiques tels que le vent ou les cycles de gel/dégel)

       Les sédiments se déposent ensuite dans des zones « calmes » = bassins sédimentaires.

Souvent ils finissent par rejoindre la mer qui est un milieu de sédimentation. Il existe aussi des sédiments apparaissant dans le milieu marin : débris de coquilles ou autres restes d’origine biologique se déposant au fond.

Les nouveaux sédiments se déposent sur les précédents. Il y a une accumulation et sous l’effet du poids, les sédiments se compactent. Ils y a expulsion de l’eau naissance de roches sédimentaires.

2/ âge des roches sédimentaires et de la CO

Principe de datation. on estime que les dépôts se font dès la mise en place des basaltes ( à l'échelle des temps géologiques cela est acceptable). On peut dater les roches sédimentaires par des données concernant des éléments radioactifs instables dont la désintégration est proportionnelle au temps et cette donnée est accessible en mesurant la quantité d'éléments père et fils)

On peut aussi se baser sur le principe  d’identité paléontologique = il s'agit alors d'identifier des fossiles qui sont caractéristiques d'une même période. (Cela sous entend notamment une répartition géographique large.)

Les roches sédimentaires océaniques sont toutes plutôt jeunes et les dépôts n’ont pas une grande épaisseur sauf près des côtes.

Max d’âge pour les roches continentales : 4020 MA (= 4,02 Ga)

alors que les roches océaniques ont max de 200 MA

 ↠ Cela sous entend un recyclage de la LO (Lithosphère Océanique) très efficace.

RQ : C’est la couche sédimentaire en contact avec les basaltes qui donne l’âge de la croûte océanique.

II Les données GPS

Global Positioning System. 24 satellites tournant à 20 200 km d’altitude qui émettent en permanence des ondes de fréquences spécifiques.

Ainsi, un récepteur GPS qui capte les signaux d'au moins quatre satellites équipés de plusieurs horloges atomiques peut, en calculant les temps de propagation de ces signaux entre les satellites et lui, connaître sa distance par rapport à ceux-ci et, par trilatération, se situer précisément en trois dimensions, avec une grande précision.

Exercice d'application:

Les positionnements de deux stations ont été suivis plus de 10 ans dans le domaine est-Pacifique : il s’agit de la station de l’île de Pâques et de la station de Santiago (Chili)

Pour chacune de ces stations, on dispose de l’évolution de leurs déplacements en latitude et en longitude au cours du temps. Un déplacement positif en latitude indique un mouvement vers le nord, tandis qu’un déplacement positif en longitude indique un mouvement vers l’est.

    Vitesse de déplacement longitudinal = vitesse île Pâques – vitesse Santiago soit 4,7 cm/an vers l’Est.

    Vitesse de déplacement latitudinal = vitesse île Pâques – vitesse Santiago soit 2,3 cm/an vers l’Est.

    Vitesse [Pâques/Santiago] = Racine carrée ((vitesse longitude)² + (vitesse latitude)² ) soit 5,2 cm/an

Les déplacements déterminés grâce au GPS sont cohérents avec ceux déduits des anomalies magnétiques, des alignements volcaniques et des données sédimentaires. 

III Le renouvellement de la lithosphère océanique

 1/ observation de la lithosphère océanique

Au niveau des failles transformantes à proximité de la dorsale, on peut observer des brèches qui permettent grâce aux submersibles d'observer et d'échantillonner les roches de la CO et même de la LO.

exemple: Schéma d'interprétation en coupe de la faille Véma.

On trouve une superposition de roches stéréotypée :

Savoir faire ce schéma:

Schéma en coupe des roches de le LO.

 Cette superposition ainsi que les structures associées à celle-ci permet d'envisager un mode de mise en place correspondant à une remontée de magma qui cristallise lentement en profondeur, mettant en place les gabbros = roches grenues témoignant d'un refroidissement lent et au dessus des basaltes (en filons et en coussins) de texture microlithique, témoignant d'un refroidissement rapide en surface.

L’analyse chimique de ces roches permet d’envisager une histoire commune (origines liées)

Doc (tableau) pour comparaison de la composition chimique de la péridotite, la péridotite appauvrie, et des basaltes.

↠ La péridotite de l’asthénosphère a pu donner naissance aux roches de la lithosphère = roches magmatiques d'une part et péridotite résiduelle d'autre part.

On remarque en effet que la composition de la péridotite (entre mantellique = native  et résiduelle = appauvrie) est en lien avec la formation du magma qui a donné naissance aux roches magmatiques de la CO.

Il y a donc fusion de la péridotite mais il s'agit d'une fusion partielle.

2/ La fusion partielle de la péridotite.

Presse à enclume de diamant pour reconstituer en laboratoire des conditions de P et T et suivre l'état de la péridotite = solide? liquide? mélange solide + liquide.

Ainsi on construit un diagramme des états de la péridotite.

Diagramme P/T de la péridotite (étude expérimentale).

On fait apparaître alors une courbe qui relie les points P/T sous la CO = géotherme moyen :  - - -

On remarque alors que la courbe du solidus et le géotherme moyen ne se recoupent pas. La fusion même partielle de la péridotite est impossible sous la LO "moyenne".

On peut aussi construire et ajouter le géotherme de dorsale ou de

La courbe solidus (S) indique les conditions de P et T "minimales" pour obtenir un début de fusion des péridotites. La courbe liquidus (L) indique les conditions de P et T "minimales" pour obtenir une fusion totale des péridotites.

On comprend alors que sous la dorsale, les conditions de P et T sont compatibles avec une fusion partielle de la péridotite: le géotherme de dorsale recoupe le solidus de la péridotite.

OU

Pour comprendre les modifications de P et T (P surtout) sous la dorsale il faut mettre ceci en lien avec l'expansion océanique existant dans cette zone.
Les mouvements de divergence accompagnés d'une fracturation et d'un amincissement de la LO entraînent une remontée du manteau. La remontée étant rapide, on considère qu'il y a remontée (= baisse de pression) sans baisse de température : on parle de décompression adiabatique.
L'isotherme 1300 °C remonte sous la dorsale ce qui permet aux conditions de P et T de la péridotite de recouper le solidus et donc une fusion partielle. Se crée alors un magma qui en refroidissant donnera des roches magmatiques.
Révision : qu'est-ce qu'un roche magmatique?

3/ L’accrétion de la lithosphère océanique
Le phénomène d'ouverture et d'expansion océanique suit une schéma particulier.

Schéma du rifting

On peut remarquer dans un premier temps l'importance d'un réseau de failles normales* dues aux mouvements de divergence et qui contribuent à l'amincissement de la croute par effondrement des blocs entre celles-ci.
*les types de failles:

A la faveur de cet amincissement, le manteau asthénosphérique remonte et pourra s'immiscer dans une faille plus profonde = faille de détachement le long de laquelle la fusion partielle de la péridotite pourra se faire.
Se met alors en place l'expansion océanique.

Parfois le rifting s'arrête avant la formation d'un plancher océanique et d'un océan.
Ex : Fossé d'effondrement du Rhin. Rift Est africain.
Quand le processus aboutit à la mise en place d'une dorsale il peut s'agir de différentes dorsale : plus ou moins lentes ou rapides.

Schéma d'organisation d'une dorsale type.
et vidéo ...

Les autres mécanismes liés à la tectonique des plaques, la subduction notamment comme moteur et impliquée dans la mise en place de la Croute Continentale ainsi que son recyclage seront abordés en classe de terminale.