pdf : la tectonique des plaques et la cinématique - partie 4

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V. LES DONNÉES DU FLUX DE CHALEUR VII. CONCLUSIONS (2 DIAPOS) VI. LA CINÉMATIQUE 6. La cinématique fondée sur les données géodésiques En 4 parties La tectonique des plaques et la cinématique Partie 4 Voir chapitre 8 elements-geologie.com Extrait du site elements-geologie.com, complémentaire du livre Éléments de géologie 15 e éd. de Maurice Renard, Yves Lagabrielle, Erwan Martin et Marc de Rafélis, © Dunod Editeur, 2015. Toute l’info sur ce livre Découvrez la 15 e édition du « Pomerol » tout en couleurs, Éléments de Géologie (Dunod, 2015, M. Renard, Y. Lagabrielle, E. Martin, M. de Rafélis), à jour des dernières connaissances de la recherche en géosciences. Un livre qui répond aux exigences des étudiants, des candidats aux concours, des enseignants, des chercheurs… Et de l’amateur éclairé ! Sommaire << Tous les reportages de terrain de elements-geologie.com

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  • La tectonique des plaques et la cinmatique Partie 4

    V. LES DONNES DU FLUX DE CHALEUR

    VII. CONCLUSIONS (2 DIAPOS)

    VI. LA CINMATIQUE

    1. Cinmatique fonde sur les donnes ocaniques : modles pour les mouvements relatifs, de NUVEL MORVEL (2 diapos) 2. Vrification dun postulat important 3. La cinmatique : les mouvements absolus. Le Pacifique. 4. La cinmatique : les mouvements absolus. lAtlantique sud 5. La cinmatique : les mouvements absolus, le modle de Gripp et Gordon 6. La cinmatique fonde sur les donnes godsiques 7. Comparaison entre les donnes gologiques et les donnes godsiques

    1. Dcroissance du flux sur les flancs des dorsales 2. Correspondance Flux-Tomographie sismique (2 diapos)

    En 4 parties

    La tectonique des plaques et la cinmatique Partie 4

    Voir chapitre 8

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    Extrait du site elements-geologie.com, complmentaire du livre lments de gologie 15e d. de Maurice Renard, Yves Lagabrielle, Erwan Martin et Marc de Raflis, Dunod Editeur, 2015.

    Toute linfo sur ce livre

    Dcouvrez la 15e dition du Pomerol tout en couleurs, lments de Gologie (Dunod, 2015, M. Renard, Y. Lagabrielle, E. Martin, M. de Raflis), jour des dernires connaissances de la recherche en gosciences. Un livre qui rpond aux exigences des tudiants, des candidats aux concours, des enseignants, des chercheurs Et de lamateur clair !

    Sommaire

  • V. LES DONNES DU FLUX DE CHALEUR

    Le flux de chaleur apporte des arguments trs importants pour confirmer le renouvellement des fonds ocaniques. Les mesures sont faites dans les zones ensdimentes laide de sondes thermiques (thermistances) montes sur de grands carottiers et qui mesurent les tempratures diffrentes profondeurs dans les sdiments ocaniques. Lcart de temprature donne la valeur du gradient gothermique, le flux est obtenu en multipliant cette valeur par la conductibilit thermique du milieu. On a remarqu quentre 3 Ma et 100 Ma, le flux sur les flancs dune dorsale passe de 6 HFU 1,1 HFU par endroit. Cela prouve que laxe des dorsales est plus chaud et que la lithosphre se refroidit en vieillissant : ceci nest possible que si du manteau chaud remonte verticalement puis stale horizontalement. Cest bien le processus de lexpansion ocanique. Sil ny avait pas daccrtion ocanique, le flux gothermique sous les ocans ne montrerait JAMAIS une telle dcroissance symtrique partir de laxe de la dorsale.

    1. Dcroissance du flux sur les flancs des dorsales

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  • La rpartition des valeurs du flux nous enseigne donc que laxe des dorsales est le sige de la remont de matriel mantlique chaud. De faon totalement indpendante, la tomographie sismique nous montre que les ocans sont le sige danomalies ngatives de vitesse sismique, centres sous les dorsales, qui sexpliquent par la prsence dun matriel mantlique anormalement chaud sous laxe.

    2. Correspondance Flux-Tomographie sismique

    Tomographie sismique en ondes S Pour z = 100 km, la distribution des anomalies de temprature est en total accord avec les processus de la tectonique des plaques. Les dorsales se situent au-dessus des zones les plus chaudes du manteau. Les anomalies sont larges pour les dorsales rapides et plus rduites pour les dorsales lentes (voir chapitre 21) en relation avec les vitesses douverture.

    Flux gothermique Daprs Shapiro et Ritzwoller, EPSL, 2004

    V. LES DONNES DU FLUX DE CHALEUR

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  • Les cartes simplifies ci-dessous rsument les concidences entre les donnes de flux et de tomographie. Rappelons que ces donnes sont totalement indpendantes.

    2. Correspondance Flux-Tomographie (suite)

    V. LES DONNES DU FLUX DE CHALEUR

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  • VI. LA CINMATIQUE

    La cinmatique classique dcrit les mouvements des plaques lithosphriques essentiellement grce aux donnes palomagntiques. On peut dfinir la cinmatique finie qui concerne le mouvement des plaques dans le pass et la cinmatique instantane qui concerne le mouvement actuel des plaques (infinitsimal). La cinmatique instantane, fonde sur les donnes ocaniques, sappuie en fait sur des donnes magntiques qui remontent lgrement dans le pass, jusquau chron 2A (voir la partie 3). Les cinmaticiens ont tabli des modles de dplacement des plaques laide de formulations mathmatiques prenant en compte des contraintes dordre vari : les vitesses douverture aux dorsales connues par les anomalies magntiques, les orientations des zones de fracture, les vecteurs glissement des sismes de subduction, etc Les donnes ne sont donc pas homognes : on mlange des moyennes sur plusieurs Ma dun ct, et de vritables instantans de mouvements sismiques que sont les vecteurs glissement, de lautre. Le premier modle de Le Pichon en 1968 avait 6 plaques, on a ensuite beaucoup utilis le modle 11 plaques de Minster et Jordan, publi en 1978, puis partir de 1990, le modle NUVEL 1 par DeMets et coll., avant que ne soit publi le modle MORVEL 25 plaques.

    1. Cinmatique fonde sur les donnes ocaniques : modles pour les mouvements relatifs, de NUVEL MORVEL

    Le modle NUVEL 1 modlise 12 plaques dont les mouvements sont contraints de la faon suivante : Frontires divergentes : vitesses dexpansion partir de lanomalie 2A sur 277 points rpartis sur 16 frontires de type dorsale. Frontires en coulissage : dtermination du ple relatif de rotation entre 2 plaques par lintersection des grands cercles perpendiculaires aux traces actives des failles transformantes. Frontires convergentes : les vecteurs glissement de 724 sismes majeurs ont t compils. Si lon considre n plaques sur le globe, lune tant suppose fixe, il y a 3x (n 1) composantes de vitesse de rotation dterminer, 33 inconnues si le systme a 12 plaques. Chaque observation dazimut ou de vitesse fait lobjet dune quation, soit 1122 quations dans le cas de NUVEL 1. La figure ci-contre est le gohdre , cest dire lensemble des relations travers les frontires des plaques utilises pour le modle. Certaines frontires nont pas t utilises car il nexiste pas ou peu de donnes fiables.

    Daprs Ph. Huchon, dans La convergence Lithosphrique, Vuibert, SGF, 2005.

    Note : en 1994, les auteurs de NUVEL proposent une lgre rvision du modle 1, le modle NUVEL 1A, en raison dun recalage de lanomalie 2A.

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  • Le dernier n des modles est le modle MORVEL, labor par les auteurs des prcdents modles (DeMets, Gordon, Argus) et publi en 2010. Il prend en considration beaucoup plus de plaques que NUVEL et fonde les des contraintes sur les anomalies magntiques. LAfrique est dcoupe en 3 nouvelles plaques, lAmrique du sud galement ; les plaques comme Caroline, Sundaland, etc. apparaissent. Les mouvements ainsi calculs dcrivent 97% de la surface de la Terre. Les donnes magntiques pour les taux douverture et les azimuts des failles sont calcules pour 16 plaques majeures. On se sert des donnes GPS pour contraindre les mouvements des 5 plaques restantes. A la diffrence de NUVEL 1A, on utilise les anomalies pour les plaques rapides seulement jusqu 0.76 Ma.

    Charles DeMets, Richard G. Gordon, Donald F. Argus, "Geologically current plate motions", Geophysical Journal International, April 2010, 181(1), 1 - 80

    1. Cinmatique fonde sur les donnes ocaniques : modles pour les mouvements relatifs, de NUVEL MORVEL (suite) MORVEL signifie Mid Oceanic Ridge Velocities, en raison du poids important allou aux dorsales

    VI. LA CINMATIQUE

    Par la fiabilit des calculs et la trs bonne corrlation avec les donnes GPS, les auteurs confirment que le postulat des plaques rigides reste trs adapt pour dcrire les mouvements de la surface terrestre.

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  • Nous avons vu que la vitesse linaire dune plaque varie avec la position du point de mesure sur la plaque : elle est nulle au ple eulrien et maximum lquateur eulrien. Si la tectonique des plaques sapplique, ce postulat doit tre vrifi. La connaissance de lge des anomalies qui autorise le calcul des taux douverture nous permet de le confirmer.

    2. Vrification dun postulat important

    Les vitesses douverture de lAtlantique doivent diminuer lorsque lon se dplace vers le Nord et vers le Sud, cest dire lorsquon se rapproche des ples de rotation Amrique du Nord/Eurasie (au nord) et Afrique/Amrique du sud (au sud). La mme relation se vrifie si lon considre la dorsale sud-est indienne qui souvre entre les plaques Australie et Antarctique.

    Daprs Ph. Huchon, dans La convergence Lithosphrique, Vuibert, SGF, 2005.

    Atlantique

    D. SE indienne

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  • Les modles NUVEL 1A et MORVEL sont des modles de mouvements relatifs. Pour obtenir des mouvements absolus, il faut ancrer une des plaques du modle par rapport un rfrentiel fixe sur la Terre, puis reprendre toutes les vitesses relatives pour les recalculer en vitesses absolues. On peut utiliser le meilleur rfrentiel possible, celui des points chauds qui sont stables en premire approximation.

    3. La cinmatique : les mouvements absolus. Le Pacifique.

    Note. Il existe un rfrentiel non li au globe, mais li aux plaques, pour dfinir une sorte de mouvement absolu. Cest le rfrentiel NNR (no net rotation : sans rotation du rseau). On calcule les mouvements relatifs partir dune plaque dont le mouvement est rapide (par exemple la plaque Pacifique), car les contraintes sur les autres plaques sont plus fortes. Puis, on minimise le mouvement de tout le systme jusqu atteindre lnergie minimale de lensemble. On dfinit alors le repre pour ce rseau, cest le repre NNR.

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  • Le point chaud Tristan da Cuhna a laiss des traces bien visibles : les rides de Rio Grande et de Walvis. Trs tt les datations des laves des guyots sur ces rides ont permis de montrer la progression des ges qui sont de plus en plus jeunes lorsque lon va vers laxe.

    4. La cinmatique : les mouvements absolus, lAtlantique sud.

    Cet exemple est emblmatique. La trace en V pointant vers le sud est due au fait que les deux plaques Amrique du sud et Afrique se sont dune part bien cartes lune de lautre et , dautre part, quelles ont migr ensemble vers le nord.

    Attention, la cinmatique correspondant au dispositif en V des rides Rio Grande et Walvis nest plus dactualit. La dorsale sest dplace vers louest par rapport au point chaud, il y a environ 30 Ma et le mouvement des plaques Afrique et Amrique du sud a chang. Depuis ce saut de la dorsale, le point chaud ne se trouve donc plus sous laxe, et il a par ailleurs perdu en vigueur.

    VI. LA CINMATIQUE

  • Le modle le plus rcent ce jour pour les mouvements absolus est le modle de Gripp et Gordon. Cest un modle NUVEL 1A plac dans le repre des points chauds du Pacifique.

    5. La cinmatique : les mouvements absolus, le modle de Gripp et Gordon

    Le modle des mouvements absolus des plaques de Grip et Gordon. La vitesse est proportionnelle la longueur des flches (11 cm/an pour la plus longue). Les vues polaires aident mieux comprendre la gomtrie et la cinmatique des hautes latitudes.

    Exercice Bien observer toutes ces flches Et rpondre aux questions suivantes : Les vecteurs sont-ils constants en module sur une plaque ? Pourquoi ? O se trouve le ple de rotation de la plaque Afrique ? De la plaque Europe ? Bien observer le triplet Europe, Mer des Philippines, PacifiqueToutes ces plaques vont dans le mme sens Peuvent-elles aussi converger ? Mme question pour Amrique du sud et Antarctique. Un lment de rponse ci-dessous.

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  • Le positionnement par satellite (godsie GPS) a eu le mrite, ds son utilisation en goscience,s de montrer la mobilit importante des zones de frontires des plaques. Ces zones sont des secteurs dans lesquels la tectonique des plaques ne sapplique pas. Avant le GPS, on utilisait les donnes dinterfromtrie longue base (VLBI) et les systmes de suivi de satellites (SLR, Doris) pour calculer des dplacements instantans de plaque. Depuis plus de 10 ans, on voit fleurir des modles qui intgrent les donnes de GPS.

    6. La cinmatique fonde sur les donnes godsiques

    Utilisation du GPS pour contraindre des mouvements actuels aux limites des plaques majeures (Document P. Vernant, Montpellier).

    Modle REVEL. Cinmatique instantane sur la base de donnes de GPS. Les sites indiqus par un losange blanc sont situs sur les plaques, loin des frontires.

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  • Cette figure est capitale. Elle nous montre que les donnes GPS et les donnes classiques (gologiques) saccordent remarquablement bien pour tous les sites situs au sein des grandes plaques majeures, loin des frontires. Le mme graphe peut tre obtenu avec le systme Doris.

    7. Comparaison entre les donnes gologiques et les donnes godsiques

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  • Noublions pas que la tectonique des plaques ne sapplique pas partout sur la Terre. Elle a deux limites : 1. Dans les zones de frontires, les plaques nont plus un comportement rigide. Elles sont subdivises en sous units

    dformables limites par des failles et dont les mouvements sont diffrents de ceux des grandes plaques principales. Ce sont les zones de dformation de la lithosphre, en jaune sur la carte ci-dessus, et correspondant, essentiellement sur les continents, aux chanes de montagne.

    2. Dimmenses structures, les LIPs (large igneous provinces) le plus souvent ocanique,s sont des constructions volcaniques issues de lactivit de points chauds. Ces reliefs majeurs la surface de la Terre drivent dune dynamique trs interne, souvent du manteau infrieur, dont les modalits sont totalement indpendantes de la tectonique de la lithosphre.

    VII. CONCLUSION

    Au cours de ces 4 reportages sur la tectonique des plaques et la cinmatique, nous avons montr que notre postulat de dpart concernant la rigidit des plaques tait correct pour dcrire les mouvements des enveloppes externes du globe. Il est mme tout fait remarquable que par deux chemins totalement trangers lun lautre, lapproche gologique et lapproche godsique spatiale, nous arrivions presque exactement aux mmes rsultats, comme le montre le diagramme de la figure prcdente.

    La thorie a des limites !

    Les zones de dformation intraplaque

    La tectonique des plaques nexplique pas les LIPs!

  • Finalement, ceci doit nous inciter rflchir sur les causes du mouvement des plaques. Le problme est vaste, complexe, et nous ne pouvons ici que donner quelques pistes pour seulement leffleurer.

    VII. CONCLUSION

    Le diagramme ci-dessous est un schma des 2 forces motrices qui sexercent sur les plaques : P, la pousse la ride (ridge push), en fait la force gravitaire qui fait glisser la plaque sur lasthnosphre en raison de la pente de la couche limite et T, la traction exerce par le panneau plongeant la fosse. On a report les forces de rsistance. Les diagrammes A et B montrent deux belles corrlations. La premire indique quune force majeure est la traction dans la subduction (les plaques les plus rapides ont un taux lev de frontires en subduction) et la deuxime tend faire penser que les racines continentales freinent les plaques. Le diagramme C, quant lui, ne prsente rien de convaincant... Il reste donc encore beaucoup de paramtres tester.

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    Diapositive numro 1Diapositive numro 2Diapositive numro 3Diapositive numro 4Diapositive numro 5Diapositive numro 6Diapositive numro 7Diapositive numro 8Diapositive numro 9Diapositive numro 10Diapositive numro 11Diapositive numro 12Diapositive numro 13Diapositive numro 14