Partie 3 - La tectonique des plaques: histoire d'un modèle

Chapitre 1 - La mobilité des continents: naissance d'une idée

I. La naissance de l’idée► Voir activité 1 du problème 1/ch1/p3

● Au début du XXème siècle, Alfred Wegener met en relation plusieurs observations:- la répartition bimodale des altitudes à la surface de la Terre suggère un contraste océans-continents: les continentsseraient faits d'un matériau peu dense (le "SIAL") et le fond des océans d'un matériau dense (le "SIMA", sur lequelflotterait le "SIAL");- le tracé des côtes suggère un emboîtement des continents;- la distribution géographique des paléoclimats et de certains fossiles suggère une continuité entre différentscontinents.

● Ces arguments (paléontologiques, géographiques, pétrographiques) conduisent Alfred Wegener à proposer que descontinents aujourd'hui séparés par des océans étaient jadis regroupés en un "supercontinent" qui s'est fracturé,individualisant des blocs continentaux ayant dérivé jusqu'à leur position actuelle: c'est la théorie de la dérive descontinents.

II. L'abandon de la théorie de la dérive des continents► Voir activités 1 et 2 du problème 2/ch1/p3

● La théorie de la dérive des continents implique une mobilité horizontale des continents. Cette hypothèse est réfutéepar l'ensemble de la communauté scientifique.● A la même époque, les études sismiques montre que la quasi-totalité du globe terrestre est à l'état solide. Or la théorie de Wegener n'explique pas le déplacement des continents dans un tel contexte géologique. Ainsi à la fin des années 1920 théorie de la dérive des continents est abandonnée.● L'étude de la propagation des ondes sismiques, notamment de leur trajectoire, a permis de mettre en évidence une surface de discontinuité majeure dans la structure interne de la Terre entre le noyau et le manteau. (voir schéma dans la partie Activités)

III. La découverte du contraste océans-continents► Voir activités 1 à 4 du problème 3/ch1/p3

● Au début des années 1950, de nouvelles méthodes d'exploration des océans permettent de connaître la vitesse de propagation des ondes sismiques dans les roches de la croûte océanique et de faire ainsi des hypothèses sur la nature desroches traversées par les ondes.● Ces données sismiques révèlent une surface de discontinuité majeure entre la croûte et le manteau, le "Moho". Elles suggèrent également que la croûte océanique est constituée essentiellement de basaltes et de gabbros. Ces roches sont rares dans la croûte continentale, qui contient entre autres des granites. Le contraste géologique entre continents et océans est ainsi confirmé.Définitions :

- paléoclimat: climat ancien.- surface de discontinuité : surface située entre deux milieux où les ondes sismiques se comportent de différentes

manières.- « MOHO » : (dite discontinuité de Mohorovičic) surface de discontinuité au sein de la lithosphère qui sépare la

croûte et le manteau. Sous les océans elle est située entre 0 et 15 km de profondeur ; sous les continents elle est située entre 30 et 70 km.

- discontinuité de Gutemberg : limite située à environ 2900 km séparant le manteau et le noyau.- croûte: partie superficielle et solide de la Terre. La croûte est séparée du manteau sous-jacent par une

discontinuité dite discontinuité de Mohorovicic (ou "Moho").- croûte continentale: croûte qui constitue les continents. Elle est composée de roches diverses dont les granites.- croûte océanique: croûte qui constitue le plancher des océans. Elle est constituée essentiellement de basaltes et

de gabbros.- manteau: enveloppe intermédiaire entre la croûte et le noyau terrestre. Le manteau, entièrement solide, est

constitué de péridotites.Je dois être capable :

- de définir les termes : paléoclimat ; surface de discontinuité; "Moho"; discontinuité de Gutemberg; croûte ;croûte continentale; croûte océanique ; manteau

- d'expliquer les fondements de la théorie de la dérive des continents- d'identifier à l’œil nu et au microscope des minéraux et des structures de roches constitutives des enveloppes

superficielles du globe terrestre (croûtes; manteau)

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Chapitre 2 - De la dérive des continents à l'expansion océanique

I. L'hypothèse de l'expansion océanique par convection mantellique► Voir activités 1 à 6 du problème 1/ch2/p3

● Au début des années 1960, les scientifiques disposent de nombreuses données concernant le fonds des océans:- les données topographiques révèlent que :

- les océans sont parcourus de vastes reliefs: les dorsales océaniques;- les océans sont, en de nombreuses régions, bordés par de profondes fosses océaniques;

- l'étude des variations du flux thermique révèlent que les dorsales sont le siège d'une importante dissipation du fluxgéothermique.● Ces données conduisent à proposer que la croûte océanique se forme en permanence au niveau des dorsalesocéaniques suite à une remontée de matériel chaud. Ce phénomène ascendant est une conséquence de convectionsprofondes du manteau. La croûte océanique s'écarte au niveau de la dorsale tel un tapis roulant. C'est l'hypothèse del'expansion océanique.● La mise en évidence de bandes d'anomalies magnétiques symétriques par rapport à l'axe des dorsales océaniquesvalident cette hypothèse.● En corrélant ces anomalies avec la chronologie des inversions magnétiques, on peut en conclure que la croûteocéanique est d'autant plus âgée qu'elle est éloignée de la dorsale. Les anomalies magnétiques permettent de calculer desvitesses d'expansion océanique.● Le manteau est constitué de péridotites.

II. La distinction entre lithosphère et asthénosphère► Voir activités 1 à 3 du problème 2/ch2/p3

● Au voisinage des fosses océaniques, la distribution spatiale des foyers des séismes en fonction de leur profondeurs’établit selon un plan incliné (plan de Wadati-Benioff). Les différences de vitesse des ondes sismiques qui sepropagent le long de ce plan, par rapport à celles qui s’en écartent, permettent de distinguer : la lithosphère del’asthénosphère.● L’interprétation de ces données sismiques permet ainsi de montrer que la lithosphère s’enfonce dans l'asthénosphèreau niveau des fosses océaniques. Ce phénomène est qualifié de subduction.La limite inférieure de la lithosphère correspond généralement à l’isotherme 1300° C.Définitions :

- topographie: étude des reliefs - croûte: partie superficielle et solide de la Terre. La croûte est séparée du manteau sous-jacent par une

discontinuité dite discontinuité de Mohorovicic (ou "Moho").- croûte continentale: croûte qui constitue les continents. Elle est composée de roches diverses dont les granites.- croûte océanique: croûte qui constitue le plancher des océans. Elle est constituée essentiellement de basaltes et

de gabbros.- manteau: enveloppe intermédiaire entre la croûte et le noyau terrestre. Le manteau, entièrement solide, est

constitué de péridotites.- flux géothermique: quantité de chaleur dissipée par la Terre par unité de surface et de temps.- convection: transfert de chaleur d’une zone chaude vers une zone froide grâce à un déplacement de matière.- anomalie magnétique: écart entre la valeur du champ magnétique mesuré en un point et celle du champ

magnétique terrestre moyen.- lithosphère: enveloppe superficielle du globe épaisse d'environ 100 km, constituée de la croûte et de la partie

superficielle du manteau. Sa limite inférieure correspond généralement à l'isotherme 1300°C.- asthénosphère: enveloppe du globe située sous la lithosphère constituée d'une partie du manteau s’étendant

jusqu’à environ 670 – 700 km de profondeur. Sa limite supérieure est l'isotherme 1300°C.- isotherme : ligne joignant les points qui sont à une même température.- subduction: enfoncement de la lithosphère dans l'asthénosphère au niveau des fosses océaniques.- granite, basalte, gabbro, péridotites: voir résumé ci-dessus et description dans la partie Activités

Je dois être capable :- de définir les termes : topographie; croûte; croûte continentale; croûte océanique; manteau; flux

géothermique; convection; convection; anomalie magnétique; lithosphère; asthénosphère; isotherme;subduction; granite; basalte; gabbro; péridotites;

- d'expliquer un phénomène par un modèle analogique (ex: modèle de la convection)- de mettre en relation des données scientifiques pour argumenter et éprouver une hypothèse- d'expliquer les arguments en faveur de la théorie de l'expansion océanique.

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Chapitre 3 - Le modèle actuel de la tectonique des plaques

I. Un premier modèle global : une lithosphère découpée en plaques rigides ► Voir activités 1 et 2 du problème 1/ch3/p3

● Les dorsales océaniques sont découpées en segments par de nombreuses failles parallèles entre elle et perpendiculairesà l'axe de la dorsale: les failles transformantes.● À la fin des années soixante, l'étude de la géométrie des failles transformantes permet de comprendre que chaquedorsale est une frontière séparant deux plaques en rotation l'une par rapport à l'autre.● L'intégration des différentes données permet alors de proposer un modèle où la lithosphère est subdivisée en plusieursplaques rigides en rotation: c'est le modèle de la tectonique des plaques.● Les plaques sont séparées par trois types de frontières caractérisées par des mouvements différents:- mouvements divergents au niveau des dorsales;- mouvements convergents au niveau des zones de subduction;- mouvements décrochants au niveau des failles transformantes.

II. Le renforcement du modèle par son efficacité prédictive► Voir activités 3 et 4 du problème 1/ch3/p3

● Dans les années 1970, des campagnes de forages sous-marins montrent que l'âge des sédiments augmente avec ladistance à la dorsale. Ces observations sont en accord avec les prévisions du modèle de la tectonique des plaques.● A la même époque, le modèle fournit une explication aux alignements de volcans observés au sein des plaques. Ilssont dus au passage d'une plaque au-dessus d'une source de magma supposée fixe: le point chaud.

III. La confirmation et l'évolution du modèle► Voir activités 5 et 6 du problème 1/ch3/p3

● A partir des années 1990, le développement des techniques de positionnement par satellites (GPS) permet de mesurerles vitesses de déplacement instantané des plaques lithosphériques. Les mouvements des plaques prévus par le modèle setrouvent ainsi directement observés et confirmés.● Des données acquises récemment, notamment par tomographie sismique, permettent de mieux comprendre ladynamique lithosphérique associée au modèle de la tectonique des plaques:- la lithosphère océanique est formée au niveau des dorsales par la fusion partielle des roches du manteauasthénosphérique (les péridotites);- la lithosphère océanique âgée disparaît au niveau des zones de subduction, où elle est incorporée dans le manteau.Définitions :

- faille transformante: fracture qui décale l'axe des dorsales. Un secteur de la faille est marqué par une activitésismique liée à des mouvements décrochants.

- plaque lithosphérique: plaque constituée de lithosphère océanique et/ou continentale, qui est animée d'unmouvement de rotation à la surface du globe.

- mouvement de divergence des plaques lithosphériques : écartement des plaques lithosphériques ; les dorsales océaniques sont des zones de divergence.

- mouvement de convergence des plaques lithosphériques : rapprochement de plaques lithosphériques les unes vers les autres ; les zones de subduction résultent de la convergence de deux plaques lithosphériques.

- mouvement décrochant: déplacement de deux compartiments séparés par une faille, dans le sens horizontal et parallèle à l'axe de la faille.

- point chaud: région fixe du manteau profond qui envoie vers la surface un panache de matériel « chaud » ; lespoints chauds sont à l'origine de l’alignement de volcans observés à l'intérieur des plaques.

- tomographie sismique: méthode d'analyse utilisée en géophysique qui interprète les changements de vitesses des ondes sismiques provoquées par des modifications de la température des couches traversées.

Je dois être capable :- de définir les termes : faille transformante; plaque lithosphérique; mouvement de divergence; mouvement de

convergence; mouvement décrochant; point chaud; tomographie sismique- de modéliser les mouvements des plaques lithosphériques- calculer des vitesses de déplacement des plaques lithosphériques- de mettre en relation des données scientifiques pour argumenter et éprouver une hypothèse- d'expliquer les arguments en faveur de la théorie de la tectonique des plaques.

Sources:- Belin, SVT, 1èreS, collection A. Duco, programme 2011- http://www.academie-en-ligne.fr/Lycee/- dictionnaire de géologie, Belin, 4e édition, A. Foucault & JF. Raoult

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