TP_3_tectonique

Activité 3: L’hypothèse d’une expansion océanique et sa confrontation à de
nouveaux constats
LIAISON AVEC LE PROGRAMME
Niveau concerné :
Partie du programme:
Première S
Thème 1 : La Terre dans l’univers, la vie et l’évolution du vivant.
Thème 1 B : la tectonique des plaques- histoire d’un modèle
Chapitre 2 : De la dérive des continents à l’expansion des fonds
océaniques
PLACE DANS LA PROGRESSION
Après la naissance d’une idée par A. Wegener et la découverte des roches de la lithosphère.
PROBLEME A RESOUDRE
Comment l’idée d’une dérive des continents a-t-elle été actualisée dans les années 1960 ?
NOTIONS, COMPETENCES
Notions
Compétences
Une expansion océanique par accrétion de matériau remontant à l’axe des dorsales est
une conséquence d’une convection profonde.
Utiliser un modèle analogique.
Recenser, extraire, organiser des informations à partir de profils topographiques
océaniques, des variations de flux thermique, d’anomalies magnétiques.
ACTIVITE
Durée : 2 h
Matériel et ressources :
Carte des fonds océaniques en relief, boussole, aiguille aimantée, échantillon de basalte, maquette simulation du
mouvement des plaques, documents écrits (livre élève), logiciel Sismolog, Google earth ; film modèle convection.
http://www.biologieenflash.
http://svtoiselet.free.fr/IMG/swf/accretion.swf
Déroulement de l’activité: Travail en groupe
 1) A partir des activités 2 p. 112/113 et 5 p. 118 /119, du logiciel Sismolog et du site biologie en flash :
dans géologie, choisir «dynamique interne puis animation sur la notion de lithosphère et
d’asthénosphère ».
Dégagez les arguments liés à la sismologie ayant permis de confirmer puis de faire évoluer la théorie de
Wegener et retrouvez en particulier les différences entre lithosphère continentale et océanique.
Complétez vos observations grâce à l’animation « la structure interne du globe ». (35 minutes)
 2) En utilisant les documents p.134-135 et le logiciel Sismolog (aide doc.1b), dégagez les nouvelles
données scientifiques ayant conduit au modèle de l’expansion océanique. (20 minutes)
 3) Observez le modèle analogique de la convection avec le matériel à disposition + film
 4) Localiser les pôles géographiques et magnétiques à l’aide de Google Earth : utiliser le fichier
« magnétisme 1S.kmz » pour accéder directement à l’image Google Earth. Sélectionner les données à
afficher.
- Visualiser dans Google Earth la position des différents pôles : géographiques, géomagnétiques et
magnétiques - fichier Magnetisme1S.kmz > Pôles (afficher la grille : >Affichage > Grille)) + doc.1p.136
- Comparer l’orientation d’une boussole, suivant qu’elle est ou non placée à côté d’un basalte. (doc.2
page 137)
- Calculer la vitesse de divergence du plancher océanique de part et d’autre de la dorsale depuis 3 Ma
dans le domaine pacifique à 51° de latitude S, puis dans l’atlantique à 60° de latitude N (doc.3 p.137138).
(30 minutes)
- Récapitulez les informations liées au magnétisme qui valident ici l’expansion des fonds océaniques.
(15 minutes)
TRAVAIL INDIVIDUEL
COMMUNICATION DES RESULTATS
Construire une synthèse présentant les arguments ayant conduit, dans les années 1960, à
l’hypothèse de l’expansion océanique, avec un schéma bilan de la structure de la Terre en couleur
légendé sur une feuille blanche.
EVALUATION POSSIBLE
Profil topographique de l’océan Pacifique légendé et carte de la répartition des foyers des séismes le long
de l’arc insulaire des Tonga-Kermadec obtenus avec Sismolog .
Construction de la synthèse et du schéma bilan
COMMENTAIRES
Pour en savoir plus sur l’ histoire de la théorie de la tectonique des plaques :
http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-histoire-tectoniqueplaques.xml#hypothese-expansion-oceanique
Pour en savoir plus sur le paléomagnétisme :
http://www2.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s1/magnetisme.terr.html
DOC 1 : LE CHAMP MAGNETIQUE TERRESTRE S’INVERSE
Un peu d’histoire
En 1906, B. Brunhes comprend non seulement que les laves ont une mémoire magnétique, mais émet aussi
l’hypothèse que certaines montrent des inversions du magnétisme ; en d'autres termes, que le champ
magnétique terrestre s’inverse parfois.
En 1929, le japonais M. Matuyama ajoute une notion temporelle à ces inversions. Il date diverses coulées de
laves et conclut à l'existence d'inversions multiples à travers les temps géologiques.
Les conclusions de Brunhes et Matuyama tombent dans l'oubli jusqu'à ce que les américains s’intéressent aux
inversions de champ magnétique.
En 1950, le physicien américain J. Graham a émis l'idée que les inversions de polarité magnétique ne sont pas
dues à une inversion du champ magnétique terrestre comme l'avait proposé Matuyama, mais à un phénomène
bien connu en physique des solides, l'auto-inversion, qui interviendrait lors de la cristallisation de certains
minéraux. Bien que fausse, cette proposition a eu le mérite d'avoir amorcé un débat qui remit à l'ordre du jour
le paléomagnétisme.
En 1960, J. Reynolds du département de physique de Berkeley (Californie) et J. Verhoogen du département de
géologie de la même université unissent leurs efforts pour étudier des basaltes : l'un met au point une méthode
de datation isotopique permettant d'avoir des âges précis, l'autre s'applique à obtenir des mesures fiables
d'orientation du paléomagnétisme sur les mêmes échantillons.
Ils démontrent rapidement le bien-fondé de l’hypothèse de Brunhes et des conclusions de Matuyama.
W. Elsasser de l'Université Princeton et T. Bullard de Cambridge en Grande Bretagne développent l'idée d'une
dynamo centrale située dans le noyau terrestre. Pour expliquer les inversions épisodiques du champ
magnétique, ils conçoivent que cette dynamo pourrait présenter des comportements instables.
Finalement, entre 1960 et 1966, la réalité des inversions du champ magnétique va être démontrée par deux
équipes issues de Berkeley : une équipe du USGS (United States Geological Survey) en Californie composée d'A.
Cox, R. Doell et B. Dalrymple, et une équipe de l'ANU (Australian National University) formée de I. McDougall et
F. Chamalun. À partir de laves relativement récentes, ils construisent ensemble une échelle des inversions
magnétiques pour les derniers 4 Ma.
Document 2:
LE MAGNETISME TERRESTRE
Le champ magnétique terrestre a pour origine des courants électriques liés à la circulation de liquide dans
le noyau externe.
Il est assimilable au champ magnétique créé par un aimant droit placé au centre de la Terre (dipôle), dont
les lignes de force sont caractérisées en chaque point par un vecteur de champ magnétique d'intensité
variable (exprimée en nanoTesla (nT)) et orienté dans l'espace :
• la composante horizontale est indiquée par l'aiguille aimantée d'une boussole attirée vers le pôle Sud
magnétique (appelé à tort pôle Nord), situé à proximité du pôle Nord géographique.
La déclinaison est l'angle entre la direction indiquée par la boussole en un lieu donné et celle du nord
géographique.
• la composante verticale attire vers le sol l'aiguille d'une boussole d'inclinaison, dans la direction du
vecteur du champ magnétique tangent à la ligne de champ.
L'inclinaison est l'angle entre la direction indiquée par la boussole d'inclinaison en un lieu donné et
l'horizontale du lieu (inclinaison de 90° aux pôles magnétiques, et de 0° à l'équateur magnétique).
DOC 3 : CERTAINES ROCHES PEUVENT DEVENIR DES SOURCES MAGNÉTIQUES


Une tige en fer perd ses propriétés magnétiques lorsqu’on élève sa température au-delà de
700°C environ (température de Curie pour le fer)
cette même tige en fer est de nouveau attirée par un aimant lorsque sa température
redescend sous le point de Curie.
On parle d’aimantation thermorémanente.
Il en est de même pour tous les matériaux ferromagnétiques, comme les roches du
plancher océanique (basaltes, gabbros, péridotites)
Par conséquent quand une roche du plancher océanique franchit le point de Curie au
niveau de la dorsale, elle s’aimante et devient une source magnétique, générant un
champ de même direction et de même sens que le champ terrestre du moment.

Les dorsales océaniques présentent une activité volcanique épisodique : une lave à 1200°C en
sort alors, qui cristallise vers 900°C avant de poursuivre son refroidissement. Les roches
contenant des minéraux ferromagnésiens (ex : Fe3O4) et soumises au champ
magnétique terrestre s’aimantent lors de leur refroidissement lorsqu’elles franchissent
la température de Curie (500 à 700°C selon les roches) pour devenir des sources
magnétiques (des aimants) ayant « fossilisé » le champ du moment de leur
formation.
Elles conservent cette aimantation tant que leur température ne dépasse pas de
nouveau la température de Curie.
Echelle des inversions du champ magnétique terrestre
En noir, périodes normales (durant lesquelles le champ magnétique était
orienté comme aujourd’hui)
En blanc, périodes inverses (durant lesquelles le champ magnétique était
orienté à l’inverse d’aujourd’hui)
Document : enregistrement du paléomagnétisme
Rappel prof :
BO : chap 2
L’hypothèse d’une expansion océanique et sa confrontation à des constats
nouveaux
Au début des années 1960, les découvertes de la topographie océanique et des
variations du flux thermique permettent d’imaginer une expansion océanique par
accrétion de matériau remontant à l’axe des dorsales, conséquence d’une convection
profonde.
La mise en évidence de bandes d’anomalies magnétiques symétriques par rapport à
l’axe des dorsales océaniques, corrélables avec les phénomènes d’inversion des pôles
magnétiques (connus depuis le début du siècle), permet d’éprouver cette hypothèse et
de calculer des vitesses d’expansion.
Le concept de lithosphère et d’asthénosphère
Au voisinage des fosses océaniques, la distribution spatiale des foyers des séismes en fonction de leur
profondeur s’établit selon un plan incliné.
Les différences de vitesse des ondes sismiques qui se propagent le long de ce plan, par rapport à celles
qui s’en écartent, permettent de distinguer : la lithosphère de l’asthénosphère.
L’interprétation de ces données sismiques permet ainsi de montrer que la lithosphère s’enfonce dans le
manteau au niveau des fosses dites de subduction.
La limite inférieure de la lithosphère correspond généralement à l’isotherme 1300° C.
Objectifs et mots clés. Distinction claire des notions de : lithosphère, asthénosphère, croûte, manteau,
subduction.