des théories fixistes à la dérive des continents.

Chapitre 1 :
Histoire d’un modèle …
La dérive des continents
Intro :
Nous allons étudier comment l’idée d’une
mobilité horizontale des continents a été
mise en place au début du XXème siècle
dans le cadre de la théorie de dérive des
continents.
Puis nous montrerons comment on est
passé progressivement de la théorie de
dérive des continents au modèle de
tectonique des plaques admis
actuellement.
I / La mise en place de la théorie de dérive des
continents.
A/ Modèle fixiste
Au début du XXème siècle, la majorité des scientifiques admettent
l’idée que les continents sont des structures fixes à la surface de la
Terre.
Les océans sont perçus à l’époque comme résultant d’un
effondrement localisé des blocs continentaux (dû à la contraction de
l’écorce terrestre lors du refroidissement)
Ainsi les continents ne seraient pas ou peu mobiles horizontalement
mais mobiles verticalement ( les blocs de SIAL peu denses
s’enfonceraient au sein d’une couche de SIMA plus dense )
Silicium + Aluminium = peu dense
Silicium + Magnésium = plus dense
Sial couche superficielle, peu dense, affleure au niveau des continents
Sima, couche profonde, dense
B/ Modèle mobiliste
Au début du XXème siècle, un certain nombre de
scientifiques ( dont Alfred Wegener ) émettent l’idée d’une
mobilité horizontale des continents.
Dans le cadre de cette théorie tous les continents (SIAL)
auraient été réunis autrefois en un supercontinent (Pangée)
et se seraient ensuite séparés en dérivant sur une couche
de SIMA profonde et plus dense.
Cette dérive des continents seraient ainsi à l’origine des
océans séparant actuellement différents continents.
C/ Les arguments à l’appui des différents modèles
1/ Arguments paléontologiques
La présence de fossiles animaux terrestres appartenant à la
même espèce et datés de la même époque ont été
retrouvés sur des continents aujourd’hui séparés par de
grandes masses océaniques.
Pour les « mobilistes » cela ne peut s’expliquer que par une
dérive des continents qui aurait séparé ces différents
représentants de la même espèce.
Pour les « fixistes » cela peut très bien s’expliquer par un
effondrement central d’un grand bloc continental qui
aboutit aux mêmes conséquences.
2/ Arguments géographiques
On observe un certain parallélisme des côtes continentales
( ex: Amérique du Sud et Afrique )
Pour les « mobilistes » cela ne peut s’expliquer que par une
dérive des continents qui aurait séparé ces différents
continents autrefois réunis en une seule masse
continentale.
Pour les « fixistes » cela relève plus du hasard et constatent
que l’emboitement des côtes reste imprécis.
D’autres arguments existent (paléoclimatiques,
géologiques) qui sont eux aussi utilisés par les fixistes et les
mobilistes pour étayer leur théorie.
D’autres faits d’observation cependant ont tendance à
valider préférentiellement un modèle ou un autre.
3/ Arguments topographiques
On observe sur l’ensemble du globe terrestre 2 zones
d’altitudes privilégiées = répartition bimodale des altitudes
-altitudes entre 0 et 1000 m
-altitudes entre -4000 et -5000m
Cela conforte le modèle mobiliste car les deux pics
d'altitude, s'expliquent aisément si on admet que les
substrats continentaux et les océaniques sont de nature et
de densité différentes
Selon le modèle fixiste en effet on aurait du avoir une
distribution « gaussienne » des altitudes autour d’une seule
et même altitude moyenne.
4/ Arguments physiques
Au début du XXème siècle le globe est connu pour être
sous forme solide jusqu’à 2900km de profondeur
( avec une rigidité au moins comparable à l’acier )
Ceci est repris par les fixistes pour réfuter l’idée d’une
dérive possible des continents solides sur une couche en
profondeur elle-même solide.
De plus à cette même époque on ne connait aucune force
suffisante capable de déplacer de grandes masses
continentales horizontalement.
BILAN
La théorie de dérive des continents s’appuie sur un grand nombre
d’arguments provenant de différents domaines d’observation (
géographiques, géologiques, paléontologiques… ).
Cette théorie explique en particulier certains phénomènes non
explicables facilement par le modèle fixiste ( chaines de
montagnes, enfoncement du SIAL dans le SIMA … ).
Cependant les arguments de Wegener sont dans l’ensemble
balayés par les fixistes qui les reprennent à leur compte.
De plus, cette théorie se heurte au constat d’un état solide de la
quasi-totalité du globe terrestre et au fait que Wegener est
incapable de proposer un moteur plausible à ces déplacements
de continents.
En 1930, l’année de la mort de Wegener, en dépit de ses
efforts et malgré le soutien de quelques personnalités
éminentes (Argand, Staub) qui l'appuient ou proposent
des conceptions voisines (Daly, Gutenberg), la théorie de
la dérive est écartée par la majorité de la communauté
scientifique.
Les géologues et les géophysiciens n'ont pas su,
ou pas voulu, comprendre la clairvoyance de
Wegener.
II / Vers une compréhension de la structure interne du
globe grâce à l’étude des ondes sismiques
A / Mode de propagation des ondes sismiques
En 1ère approximation on peut considérer qu’une onde
sismique se propage uniquement dans le sous-sol de
façon comparable à une onde lumineuse.
On définit ainsi par analogie aux rayons lumineux des raies
sismiques qui représentent les trajectoires des ondes.
Ces raies sismiques obéissent aux lois de
réflexion/réfraction connues pour les rayons lumineux se
propageant dans des milieux différents.
Origine des ondes sismiques
L’enregistrement des ondes sismiques se fait à l’aide de
sismographes : on obtient ainsi des sismogrammes
On repère ainsi l’arrivée de 3 principaux
types d’ondes sismiques :
- Ondes P ( primaires ) :
vitesse importante, ondes de
compression-décompression, propagation
dans les solides et les fluides.
Ondes S ( secondaires ) :
vitesse plus faible, ondes de cisaillement,
propagation dans les solides uniquement.
Ondes de surface :
grande amplitude et durée, ondes
circulaires, propagation dans la partie
superficielle du globe uniquement.
Lois de Descartes
Les ondes
suivent un trajet direct
Les ondes Pn s'enfoncent dans la croûte
Elles subissent alors une réflexion et une
et atteignent un milieu différent,
le manteau, de densité supérieure
réfraction
Quand la somme de l'angle d'incidence et de l'angle de réflexion est égale à
90°(incidence limite) l'angle de réfraction est alors tel que le rai réfracté est
parallèle à la surface. Les ondes réfractées accélèrent et, bien qu'elles aient un
trajet plus long, doublent les ondes Pg si la distance de la station à l'épicentre est
suffisante (station 6 par exemple).
La discontinuité physique entre la croûte et le manteau est depuis appelée
discontinuité de Mohorovicic ou Moho.
B/ Une organisation interne du globe dévoilée
La vitesse des ondes P et S est inversement proportionnelle
à la densité du matériel traversé et proportionnel au
modules d’incompressibilité et/ou de cisaillement propres
au matériel traversé.
La vitesse de propagation des ondes P et S dépend donc du
matériau traversé : leur étude permet donc de déduire le
type de roche rencontrée en profondeur ( si on sait relier
une vitesse à un type de roche en particulier )
Augmentation de la vitesse   densité
Augmentation importante dans les premiers Km = lithosphère, rigide
Ralentissement  matériel plus ductile (asthénosphère)
Très fort ralentissement des ondes P et disparition des ondes S  matériel liquide.
Accélération et réapparition des ondes S  matériel rigide
L’analyse des diverses ondes sismiques à différents
endroits du globe révèle ainsi une organisation
interne du globe en couches concentriques de
densités croissantes en fonction de la profondeur
et séparées par des discontinuités majeures.
On distingue ainsi dans la partie superficielle du globe une
lithosphère ( LO ou LC ) au dessus d’un manteau
asthénosphérique.
La lithosphère a un comportement rigide alors que
l’asthénosphère a dans l’ensemble un comportement
ductile ( en particulier dans une zone de l’asthénosphère =
LVZ située entre 120 et 250 km environ )
La limite basse de la lithosphère correspond à l’isotherme
1300°C ( limite thermique au-delà de laquelle la
lithosphère perd sa rigidité pour devenir ductile ).
Par l’étude de la propagation des ondes S ( qui ne
propagent pas dans les liquides ) on observe que
seul le noyau externe est de composition fluide , le
reste étant à l’état solide dans son immense
majorité.
III / La composition chimique des enveloppes
terrestres
A / Les enveloppes superficielles ( lithosphère et manteau
supérieur )
Pour connaître la composition chimique de ces enveloppes
on peut chercher à connaître la nature des roches qui
composent ces enveloppes ( car roches = assemblage de
minéraux = assemblages d’éléments chimiques )
1/ Etude de la lithosphère continentale
Elle est composée essentiellement de roches magmatiques et
métamorphiques ( mis à part une mince pellicule de roches
sédimentaires à la surface )
Composition de la crôute continentale :
-Partie supérieure : GRANITE
C’est une roche magmatique à texture grenue ce
qui implique un refroidissement lent en
profondeur du magma qui lui a donné naissance.
C’est une roche composée essentiellement de
Quartz, de Feldspaths ( orthose le plus souvent),
et de micas ( biotite ou muscovite ).
C’est une roche globalement riche en Silice et en
éléments alcalins ( K, Na ) et pauvre en éléments
ferro-magnésiens
Composition de la crôute continentale :
-Partie inférieure : GNEISS
C’est une roche métamorphique provenant de la
transformation d’un granite sous l’effet de
l’augmentation de la Pression et de la
Température.
Cette roche a donc une composition minéralogique
et chimique proche de celle du granite ( les
différences sont dues à l’apparition de nouveaux
minéraux et de la perte de certains éléments
chimiques au cours du métamorphisme ).
Composition du manteau lithosphérique :
- PERIDOTITES
C’est une roche magmatique à texture grenue ce
qui implique un refroidissement lent en
profondeur du magma qui lui a donné naissance.
C’est une roche composée essentiellement
d’Olivines et de pyroxènes.
C’est une roche globalement pauvre en Silice et
en éléments alcalins ( K, Na ) et riche en
éléments ferro-magnésiens
2/ Etude de la lithosphère océanique
( Cf TP n° 9 suite )
Elle est composée essentiellement de roches
magmatiques ( mis à part une mince pellicule de
roches sédimentaires à la surface )
Composition de la crôute océanique :
-Partie supérieure : BASALTE
C’est une roche magmatique à texture
microlithique ce qui implique un refroidissement
rapide en surface du magma qui lui a donné
naissance.
C’est une roche composée de :
- Phénocristaux : pyroxènes, plagioclase
- Microlites : plagioclases essentiellement
- Verre ( ou pâte ) : partie non cristallisée.
C’est une roche globalement pauvre en Silice et
en éléments alcalins ( K, Na ) et riche en
éléments ferro-magnésiens
Composition de la crôute océanique :
-Partie inférieure : GABBRO
C’est une roche magmatique à texture grenue ce
qui implique un refroidissement lent en
profondeur du magma qui lui a donné naissance.
C’est une roche composée essentiellement de
plagioclases et de pyroxènes ( composition
minéralogique donc chimique très proche du
basalte )
On peut donc supposer à ce stade que c’est le
même magma qui est à l’origine des basaltes et
du gabbro mais que ce magma a subi des
conditions de refroidissement différentes.
Composition du manteau lithosphérique :
- PERIDOTITES ( idem litho continentale )
Conclusion :
Les roches composant la lithosphère sont
essentiellement d’origine magmatique.
Ce qui différencie donc le plus la lithosphère
continentale et océanique est donc la composition
chimique du magma qui est à l’origine des roches
de la croûte.
B / Les enveloppes profondes ( manteau supérieur et
noyau )
La composition chimique du manteau supérieur est
sensiblement égale à celle des péridotites ramenées en
surface au cours des activités volcaniques.
Cette composition est attestée par les données sismiques.
La composition du noyau peut être déduite de la
comparaison de la composition chimique globale de la Terre
( = composition chondrites ) et de celle du manteau
( déduite des péridotites )  cf Travail en AP
Il apparaît ainsi que le noyau est composé principalement
de fer ( 90%) ainsi que de nickel et d’oxygène en plus
faibles proportions.
Conclusion finale:
La Terre est donc structurée en couches concentriques de
densités croissantes avec la profondeur et séparées par
des discontinuités majeures.
Le globe est solide dans sa grande majorité mis à part le
noyau externe qui est liquide ( magma ).
Les différentes enveloppes de la Terre ne présentent pas
la même composition chimique.
En particulier on constate qu’il existe 2 grands types de
lithosphères ( continentale et océanique ) qui ne possèdent
pas les mêmes compositions chimiques au niveau de leur
croutes.
Ceci tend à infirmer la théorie fixiste au profit de la
théorie de dérive des continents de Wegener.