Cours résumé - Pavot

Thème 5 – Tectonique des plaques : l'histoire d'un modèle et géologie
appliquée
Problématiques : Comment est né et a évolué le modèle de la tectonique des
plaques ? Comment montrer que le modèle de la tectonique des plaques peut avoir
un intérêt appliqué ?
Activité 0 : rappels
Chapitre 1 : La tectonique des plaques : la naissance d'un modèle
Situation-problème : La théorie de la dérive des continents de Wegener (voir dans les documents
annexes).
Problème : Comment est venue l'idée de la tectonique des plaques ?
I – La naissance d'une idée :
Activité 1 : Une mobilité horizontale déduite au début du XXème siècle
Bilan : Au début du XXème siècle, les premières idées évoquant la mobilité horizontale s’appuient
sur quelques constatations :
• les tracés des côtes ;
• la distribution géographique des paléoclimats et de certains fossiles ;
• une différence d'altitude observée entre continents et océans reflétant un contraste
géologique (voir distribution bimodale des altitudes).
Ces idées se heurtent au constat d’un état solide de la quasi-totalité du globe terrestre établi, à la
même époque, par les études sismiques et de l'existence d'un moteur pouvant mettre en mouvement
les masses continentales. L’idée de mobilité horizontale est rejetée par l’ensemble de la
communauté scientifique.
Situation-problème : La différence d'altitude observée entre continents et océans reflète un
contraste géologique évidant. Les études sismologiques, notamment, ont permis d'avoir une idée de
la structure de la Terre.
Problème : Dans quelles mesures la sismologie a permis de comprendre la structure
de la Terre (notamment différencier continents et océans) ?
II – Les apports de la sismologie sur la compréhension de la structure de la
Terre :
Activité 2 : Sismologie dans l'étude de la structure superficielle de la Terre
Bilan : Les études sismiques permettent de caractériser et de limiter verticalement deux grands
ensembles : la croûte en surface et le manteau au-dessous, séparés par le Moho. De plus, il existe
également une discontinuité qui sépare le manteau et une structure plus interne appelée le noyau :
discontinuité de Gutemberg (vers 2900 km).
Schéma-bilan : Structure interne de la Terre (voir en fin de cours).
Situation-problème : La sismologie n'est pas que la seule science pour étudier la structure de la
Terre. On peut étudier aussi la composition chimique/minérale de la Terre par l'observation des
roches et des minéraux qui les composent. On parle de pétrographie.
Problème : Dans quelles mesures la pétrographie a permis de comprendre la
structure de la Terre ?
III – Les apports de la pétrographie sur la compréhension de la structure de la
Terre :
Activité 3 : Pétrographie dans l'étude de la structure superficielle de la Terre
Bilan : Les études pétrographiques permettent de caractériser et de différencier deux grands types
de croûtes terrestres : la croûte océanique est essentiellement formée de basalte et de gabbro alors
que la croûte continentale est constituée entre autres de granite. La roche principale du manteau est
la péridotite.
Situation-problème : Document 3 page 93 (Bordas)
Problème : Comment démontrer le modèle de Holmes (comme le voudrait Jeffrey) ?
IV – L'hypothèse d'une expansion océanique et sa confrontation à des constats
nouveaux :
A – Des preuves pour une expansion océanique :
Activité 4 : Premiers arguments en faveur d'une expansion des océans
Bilan : 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. Une convection profonde, liée à la chaleur interne du globe, serait responsable
de l'accrétion à l'axe des dorsales.
B – Des preuves magnétiques pour une expansion océanique :
Bilan : La mise en évidence de bandes d’anomalies magnétiques symétriques par rapport à l’axe
des dorsales océaniques (fin des années 1950), corrélables avec les phénomènes d’inversion des
pôles magnétiques (connus depuis le début du siècle), permet d’éprouver une hypothèse d'expansion
océanique et de calculer des vitesses d’expansion du plancher océanique.
Situation-problème : On arrive au constat que le plancher océanique est en expansion. Le modèle
de Hess semble être vérifié : une croûte océanique générée au niveau des dorsales qui disparaîtrait
au niveau des fosses océaniques et un modèle en double tapis roulant. Cependant, on sait par
ailleurs que la croûte océanique, formée de basaltes et de gabbros qui ont une composition chimique
voisine, est solide et a une épaisseur d'environ 10 km. Au dessous, le manteau est entièrement formé
de péridotites, elles aussi à l'état solide. Cela semble incompatible avec le mobilisme (déplacement
et expansion océanique).
Problème : Comment expliquer la possibilité de déplacer des couches solides les
unes par rapport aux autres ?
V – Le concept de lithosphère et d'asthénosphère :
Activité 6 : La découverte du concept de lithosphère
Bilan : Au voisinage des fosses océaniques, la distribution spatiale des foyers des séismes en
fonction de leur profondeur s’établit selon un plan incliné (appelé plan de Wadati-Benioff). Les
propriétés physiques déduites de l'emplacement des séismes ainsi que 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 (couche rigide) de l’asthénosphère (couche ductile).
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 LVZ est la zone délimitant la lithosphère et
l'asthénosphère. Elle se caractérise par une faible vitesse des ondes sismiques liée à une légère
fusion des péridotites du manteau à ce niveau. Elle correspond généralement à l’isotherme 1300° C.
Schéma-bilan : Modèle usuel de la structure interne du globe