LSVT1S08 Partie du programme : La tectonique des plaques : l’histoire d’un modèle Niveau : Première S Titre de la séance : L’expansion océanique EXTRAIT DU PROGRAMME 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, permet d’éprouver cette hypothèse et de calculer des vitesses d’expansion. CONNAISSANCES CONSTRUITES Au cours du refroidissement des basaltes, le champ magnétique terrestre peut être « fossilisé ». L’étude du paléomagnétisme prouve que le sens du champ magnétique terrestre s’est régulièrement inversé au cours des temps géologiques. On a ainsi mis en évidence des bandes d’anomalies magnétiques parallèles et symétriques par rapport à l’axe des dorsales océaniques. Ces anomalies s’expliquent comme étant la somme du champ magnétique terrestre actuel et du champ magnétique normal ou inverse « mémorisé » dans les basaltes au moment de leur formation. En 1963, Vine et Matthews proposent un modèle de l’expansion océanique où les basaltes se mettent en place progressivement au niveau de l’axe de la dorsale puis s’en écartent ensuite. Avec l’échelle temporelle des inversions paléomagnétiques, il est alors possible de calculer des vitesses d’expansion. CAPACITÉS MISES EN ŒUVRE o o o o Exploiter des simulations et/ou modèles Utiliser des techniques de mesure (une chaîne ExAO) Utiliser un SIG Appliquer une démarche explicative CONDITIONS MATÉRIELLES Les élèves travaillent en binôme, ils étudient les propriétés magnétiques des roches magmatiques grâce à des modélisations du champ magnétique terrestre et ils exploitent des données paléomagnétiques, notamment avec un SIG. COIN LABORATOIRE Matériels • Ordinateurs connectés à internet • Logiciel Google Earth • Teslamètre 22023.20 (+ système ExAO) • Aimant • Limaille de fer • Plaque de verre • Boussole • Aiguille aimantée • Basalte 14278/14784.20 • Modèle « Age du fond des océans » : 15475.20 Documents didactiques • Fiche utilisation Google Earth des ECE © PIERRON 1/6 LSVT1S08 DESCRIPTIFS Le professeur pourra présenter le champ magnétique terrestre au travers de l’exemple des migrations des oiseaux, afin de susciter le questionnement sur son origine, son orientation et les conséquences éventuelles de son inversion. Dans cette tâche complexe, on étudie grâce à des supports divers les propriétés magnétiques des roches magmatiques, les inversions magnétiques et la répartition des anomalies magnétiques pour confirmer l’expansion océanique et en calculer la vitesse. (Des aides ciblées peuvent être proposées pour chaque atelier). Les binômes réalisent l’ensemble des ateliers proposés, en rotation suivant l’ordre de numérotation. Tâche complexe : paléomagnétisme et expansion océanique Objectif : montrer comment les données paléomagnétiques confirment l’expansion océanique et permettent d’en calculer la vitesse. Supports : On utilisera des documents du manuel ou à défaut, des schémas téléchargés dans la banque de schémas SVT de l’académie de Dijon (http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/rubrique.php3?id_rubrique=40&debut_page=0) Utiliser les données sur le paléomagnétisme pour confirmer l’expansion océanique et en calculer la vitesse. • Atelier 1 : Mise en évidence du paléomagnétisme Support : on utilisera deux documents Le champ magnétique terrestre Document : Le magnétisme des basaltes (imprimé au format A3) et Le magnétisme des basaltes, un aimant, de la Lors du refroidissement d’un magma limaille de fer, une plaque de verre, une boussole, une aiguille aimantée basaltique, des minéraux ferromagnétiques et un échantillon de basalte. comme la magnétite (Fe3O4) s’aimantent - A l’aide de la boussole, orienter le document Le champ selon le champ magnétique terrestre. En magnétique terrestre, puis retirer la boussole. dessous du point de Curie (585°C pour la magnétite) ces minéraux sont figés et - A l’aide de l’aimant, de la limaille de fer, modéliser sur enregistrent ainsi les caractéristiques la plaque de verre, le champ magnétique terrestre (direction, sens) du champ magnétique du lieu actuel. et de l’époque de la formation des basaltes. - Avec l’aiguille aimantée, suivre les lignes de champ magnétique. - A distance de ce modèle, disposer l’aiguille aimantée à proximité de la boussole puis la déplacer à proximité de l’échantillon de basalte. • Atelier 2 : Modélisation des anomalies du champ magnétique (par ExAO) Support : on utilisera le document Enregistrement du champ magnétique terrestre océanique (imprimé au format A3), des aimants, un teslamètre (relié éventuellement à un système ExAO) - A l’aide du teslamètre mesurer le champ magnétique ambiant. - Mesurer le champ magnétique en approchant successivement les deux pôles d’un aimant. - A l’aide des aimants et du teslamètre, modéliser sur le document les anomalies du champ magnétique de la croûte océanique. • Atelier 3 : Modélisation de l’expansion océanique et estimation de sa vitesse Support : on utilisera le modèle Age du fond des océans et deux documents : La carte des anomalies magnétiques des basaltes de l’Atlantique et L’échelle chronologique des inversions du champ magnétique. - A l’aide la maquette, modéliser l’expansion océanique en écartant les croûtes continentales (parties bleues). - Visualiser les bandes d’anomalies magnétiques (feuille rayée) sur la croûte océanique. - A l’aide des documents, déterminer la position par rapport à l’axe de la dorsale et l’âge de ses bandes d’anomalies magnétiques. © PIERRON LSVT1S08 2/6 LSVT1S08 • Atelier 4 : Visualisation des anomalies magnétiques et mesure de la vitesse d’expansion océanique actuelle Support : on utilisera Google Earth pour visualiser les données du dossier Divergence.kmz (à télécharger sur http://acces.inrp.fr/eduterre-usages/ressources_gge/divergence-1) - A l’aide de Google Earth, ouvrir le dossier Divergence.kmz - Visualiser les plaques tectoniques puis les anomalies magnétiques. - Afficher les balises GPS de l’Atlantique puis cliquer sur le dossier Balise GPS pour connaître la méthode de détermination de la vitesse de déplacement des stations. - Cliquer sur les stations repérées pour obtenir les données GPS. Le champ magnétique terrestre Document présentant les pôles magnétiques et les lignes de force du champ magnétique. Enregistrement du champ magnétique terrestre océanique D’après Paul Nougier, structure et évolution du globe terrestre, éditions Ellipses - Modifié Bateau traînant un magnétomètre Dorsale Anomalie + Intensité mesurée Anomalie - Intensité du champ magnétique terrestre Carte des anomalies magnétiques des basaltes de l’Atlantique D’après Olivet et Caron - Modifié 20° 40° 0° 24 N 33 24 13 24 13 13 34 33 13 Dorsale 40° Limite plateau M22 30° M0 34 33 24 13 24 13 33 M22 M0 © PIERRON Anomalies magnétiques 34 13 33 24 24 33 50° Echelle des distances : 1° de longitude = 111 Km 33 M22 M0 60° 80° W 3/6 20° Principales anomalies magnétiques LSVT1S08 LSVT1S08 Échelle chronologique des inversions du champ magnétique Document présentant la chronologie précise (âges) des anomalies du champ magnétique terrestre. TP – L’Expansion océanique Tâche complexe : paléomagnétisme et expansion océanique • Atelier 1 : Mise en évidence du paléomagnétisme Modélisation du champ magnétique terrestre : Mise en évidence du paléomagnétisme des basaltes : On observe une déviation de l’aiguille aimantée à proximité de l’échantillon de basalte. On apprend dans le document que les basaltes contiennent des minéraux ferromagnétiques capables d’enregistrer la direction et le sens du champ magnétique de leur époque et lieu de formation. On en déduit que l’aiguille aimantée est déviée par l’aimantation des minéraux du basalte. On en conclut qu’il doit exister un magnétisme fossile ou paléomagnétisme dans les basaltes de la croûte océanique. © PIERRON LSVT1S08 4/6 LSVT1S08 • Atelier 2 : Modélisation des anomalies du champ magnétique (par ExAO) En approchant successivement le teslamètre des deux pôles d’un aimant, on enregistre une valeur positive et une valeur négative, différentes du champ magnétique ambiant. En disposant les aimants dans un sens ou l’autre, sur les bandes noires ou blanches du document, on peut enregistrer une alternance de valeurs supérieures et inférieures au champ magnétique ambiant, correspondant aux anomalies enregistrées dans la croûte océanique. Modélisation des anomalies du champ magnétique • Atelier 3 : Modélisation de l’expansion océanique et estimation de sa vitesse En écartant progressivement les parties bleues du modèle (les croûtes continentales) on voit apparaître sur les parties blanches (les croûtes océaniques) des bandes noires et blanches (anomalies magnétiques) en alternance, parallèles à l’axe de la dorsale, et symétriques par rapport à celle-ci. On en déduit qu’une disposition en parallèles, symétrique des bandes d’anomalies magnétiques enregistrées dans la croûte océanique, traduit une expansion océanique à la manière d’un « double tapis roulant ». Sur les documents on repère la bande d’anomalie magnétique n°24 située à 10° de longitude de l’axe de la dorsale soit 10x111=1110Km, et datée de 53Ma. On en déduit la vitesse d’expansion (de part et d’autre de la dorsale) v= (111.10e6/53.10e6) x2 = 4,2 cm/an. © PIERRON LSVT1S08 5/6 LSVT1S08 • Atelier 4 : Visualisation des anomalies magnétiques et mesure de la vitesse d’expansion océanique actuelle On observe que les anomalies magnétiques sont disposées parallèlement et symétriquement par rapport à l’axe de la dorsale. La méthode de détermination appliquée à la station BRMU permet de préciser le déplacement actuel de la plaque Nord-Américaine : - direction : NW: - vitesse : Le graphique peut être réalisé à l’échelle et la norme du vecteur mesurée, ou elle peut être calculée à l’aide du théorème de Pythagore : v = √(1,1891²+0,8759²) = 1,48 cm/an Un calcul équivalent avec la station MAS 1 permet de préciser la vitesse d’expansion océanique actuelle : v = 1,48 + 2.38 = 3,86 cm/an. • Synthèse : Utiliser les données sur le paléomagnétisme pour confirmer l’expansion océanique et en calculer la vitesse. Il existe un magnétisme fossile ou paléomagnétisme dans les basaltes de la croûte océanique (atelier 1). L’étude des données sur le paléomagnétisme dans la croûte océanique montre une disposition en parallèles, symétrique de bandes d’anomalies magnétiques (atelier 4) traduisant des inversions du sens du champ magnétique au cours du temps (atelier 2). Cette disposition traduit une expansion océanique à la manière d’un « double tapis roulant » (atelier 3) dont la vitesse est estimée à environ 4 cm/an (ateliers 3 et 4). © PIERRON LSVT1S08 6/6