TP_5_modele_global

Activité 5: Modélisation de la tectonique des plaques
LIAISON AVEC LE PROGRAMME
Niveau concerné :
Première S
Partie du programme:
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 3 : La modélisation de la tectonique des plaques
PLACE DANS LA PROGRESSION
Un premier modèle global réalisé dans les années 1960 a été présenté.
PROBLEME A RESOUDRE
Comment le modèle actuel de la tectonique des plaques a-t-il été construit puis enrichi?
NOTIONS, COMPETENCES
Notions
Le renforcement du modèle par son efficacité prédictive.
La divergence des plaques de part et d’autre de la dorsale permet la mise en place d’une
lithosphère nouvelle à partir de matériaux d’origine mantellique.
Dans les zones de subduction, les matériaux de la vieille lithosphère océanique s’incorporent au
manteau.
Compétences
Extraire et organiser des informations sur des images satellitales et de tomographie sismique.
Exploiter des modélisations analogiques et numériques pour expliquer un phénomène
géologique.
ACTIVITE
Durée : 2h
Matériel et ressources :
Vidéogramme « TP tectonique », logiciels Tectonique Animée, Tectoglob, Google Earth.
Document écrits (livre élève)
Internet : http://efel.pagesperso-orange.fr/animations/animations_geol_divergence.htm (condition de fusion
de la péridotite)
http://svt.ac-rouen.fr/tice/animations/tectonique/expansion.htm
Déroulement de l’activité:
1) Retrouver les caractéristiques d’une dorsale océanique. Quelles informations valident l’hypothèse de la
formation de la croûte océanique de Hess (doc joint)? (aide Act. 3 p. 164/165)
 logiciel tectonique animé : les failles : dégager les différents types de failles et associez leur les
mouvements des plaques auxquelles elles sont associées (act. 5 p. 142 à revoir)
2) Expliquer ce qu’apporte l’âge des sédiments océaniques à l’hypothèse d’expansion des fonds océaniques
en utilisant Google Earth (aide p.160-161).
3) On peut observer directement le mouvement des plaques : utiliser Tectoglob (aide p.162-163 + 1°/ et 2°/).
4) Expliquer les mécanismes qui permettent la mise en place de la lithosphère océanique au niveau des
dorsales (documents pages 166 à 169)
5) Expliquez comment les données actuelles confirment le modèle de fonctionnement des zones de
subduction (documents pages 170-171)
COMMUNICATION DES RESULTATS, OBSERVATIONS, RECHERCHES
Construire une représentation graphique synthétique du modèle global de la tectonique des plaques,
soignée, légendée, en couleur sur une feuille blanche sur laquelle apparaîtront les mécanismes de
d’expansion océanique et de subduction.
EVALUATIONS POSSIBLES
Schéma du modèle global respectant les consignes
COMMENTAIRES

Harry Hess (1962).
Hess était professeur de géologie à l'Université de Princeton. Durant la Seconde Guerre mondiale, il
servit dans la marine américaine et commanda un vaiseau qui croisait dans le Pacifique-Sud.
Parallèlement à des missions d'ordre militaire, il levait la carte bathymétrique, ce qui l'amena à se
questionner sur la signification des reliefs comme les dorsales, les fosses et les pics sous-marins.
Alliant ses connaissances géologiques et ses observations, il en vint, en 1962, à proposer l'hypothèse
du tapis roulant des fonds océaniques (sea floor spreading).
Hesse cherchait à expliquer la topographie des fonds océaniques. Il concevait que le manteau
terrestre était affecté par de larges courants de convection (voir Holmes) et que les parties
ascendantes sont la cause des dorsales médio-océaniques, alors que les parties descendantes se
trouvent au niveau des grandes fosses comme au pourtour du Pacifique. Le plancher océanique se
forme perpétuellement au niveau des dorsales; il dérive de part et d'autre de ces dernières et vient
s'engloutir dans le manteau au niveau des fosses.
Comme son prédécesseur Holmes, Harry Hesse rencontra énormément de scepticisme de la part des
géophysiciens. (tiré du site ulaval geologie)
Pour en savoir plus :
http://efel.pagesperso-orange.fr/animations/animations_geol_divergence.htm (conditions de fusion de
la péridotite)

D'Arthur Holmes à aujourd'hui bilan prof theorie
Arthur Holmes (1945).
Holmes, professeur de géologie à l'Université d'Edimbourgh, proposa un modèle prémonitoire au
concept moderne de l'étalement des fonds océaniques et de la tectonique des plaques.
Ceci est le schéma original de Holmes. (A) Holmes propose que l'existence de courants de convection
dans le manteau, sous un grand bloc continental (comme la Pangée, par exemple), crée dans la
croûte continentale des forces de tension. Ces forces de tension vont contribuer à fracturer la croûte
continentale, avec, dans les fractures ouvertes, des venues de magma provenant du manteau. (B) La
cristallisation de ce magma va créer de la croûte océanique composée de basalte. Toujours sous
l'influence de la convection, la nouvelle croûte océanique va elle aussi se fracturer et être infiltrée
par le magma. Il va donc se former ainsi continuellement de la nouvelle croûte océanique, un
processus qui fera en sorte que les masses continentales vont s'éloigner l'une de l'autre, comme
repoussées par cette formation de nouvelle croûte océanique. Pour Holmes, la surface terrestre est
un espace fini, ce qui implique que s'il y a tension dans certaines zones, il doit y avoir compression
ailleurs, ou encore, s'il y a formation de nouvelle croûte terrestre par endroits, il faut qu'il y ait
destruction ailleurs. Cette destruction se fait dans les zones de compression où la croûte s'enfoncera
dans le manteau, donnant naissance à des fosses océaniques profondes. Les chaînes de montagnes
vont se construire dans ces zones de compression.
Ce modèle est conceptuel, car Holmes n'avait pas les données pour l'appuyer. Sa proposition se
heurta à la communauté des géophysiciens, avec, en tête, Sir Harold Jeffreys, scientifique
britannique omnipuissant à l'époque. "On avait démontré que l'idée de Wegener était fausse: inutile
d'y revenir!" En rétrospective, le modèle de Holmes constituait l'embryon de la théorie de la
tectonique des plaques, mais il faudra attendre une bonne vingtaine d'années avant qu'on rassemble
les données qui viendront conforter ce modèle.
Warren Carey (1953).

Huit ans après la proposition de Holmes, Carey est sensiblement d'accord avec l'idée des courants de
convection et de la formation de nouvelle croûte océanique qui amène la séparation des continents.
Mais pour lui, il n'est pas nécessaire de détruire ailleurs de la croûte océanique. Dans sa conception
de la dynamique planétaire, la terre est en expansion, elle se dilate. Puisque les continents sont des
masses rigides, les océans grandissent à mesure de cette expansion du globe, un peu à la manière
d'un ballon qu'on aurait recouvert d'une couche épaisse de peinture qui, une fois séchée, se
fendillerait à mesure qu'on gonflerait le ballon et formerait des plaques s'éloignant les unes des
autres. On sait que par la suite cette proposition faillira à expliquer un certain nombre de
phénomènes importants; elle ne réussira pas le test du modèle.
L'exploration des fonds océaniques.
Cette exploration a véritablement pris son essor durant la seconde grande guerre, pour des raisons
stratégiques. Les connaissances acquises de cette exploration constituent un jalon important dans le
questionnement qui a mené au développement des idées sur la dynamique des fonds océaniques.
Grâce au sonar, on a obtenu une image assez réaliste du relief des fonds océaniques (Atlantique;
Pacifique). Ces observations venaient interpeler les scientifiques. A quoi correspondent ces dorsales
médio-océaniques? Ces fosses profondes autour du Pacifique? Ces pics sous-marins pouvant s'ériger
jusqu'à la surface des mers dans les plaines abyssales? L'analyse des relevés géophysiques et l'études
des nombreux échantillons recueillis lors des diverses campagnes de forage ont permis de
comprendre et de conforter l'hypothèse de l'étalement des fonds océaniques proposée par Harry
Hesse.
Harry Hess (1962).
Hess était professeur de géologie à l'Université de Princeton. Durant la Seconde Guerre mondiale, il
servit dans la marine américaine et commanda un vaiseau qui croisait dans le Pacifique-Sud.
Parallèlement à des missions d'ordre militaire, il levait la carte bathymétrique, ce qui l'amena à se
questionner sur la signification des reliefs comme les dorsales, les fosses et les pics sous-marins.
Alliant ses connaissances géologiques et ses observations, il en vint, en 1962, à proposer l'hypothèse
du tapis roulant des fonds océaniques (sea floor spreading).
Hesse cherchait à expliquer la topographie des fonds océaniques. Il concevait que le manteau
terrestre était affecté par de larges courants de convection (voir Holmes, plus haut) et que les parties
ascendantes sont la cause des dorsales médio-océaniques, alors que les parties descendantes se
trouvent au niveau des grandes fosses comme au pourtour du Pacifique. Le plancher océanique se
forme perpétuellement au niveau des dorsales; il dérive de part et d'autre de ces dernières et vient
s'engloutir dans le manteau au niveau des fosses.
Comme son prédécesseur Holmes, Harry Hesse rencontra énormément de scepticisme de la part des
géophysiciens.

Les Programmes de forage DSDP et ODP.
Les résultats issus de deux programmes de forages, DSDP (Deep Sea Drilling Project, initié en 1970) et
ODP (Ocean Drilling Project, depuis 1979), sont venus appuyer l'idée de l'étalement des fonds
océaniques. Tous ces forages ont permis de bien connaître la composition de la croûte et des
sédiments qui la recouvrent et d'acquérir un volume important de données sur les âges des roches et
des sédiments concernés. Ainsi, on a pu démontrer que l'âge des basaltes du plancher océanique et
des sédiments qui les recouvrent sont de plus en plus vieux à mesure qu'on s'éloigne d'une dorsale.
Le schéma suivant illustre ces observations.
Prenons comme exemple une carotte de forage provenant d'un site près de la dorsale (Atlantique ou
Pacifique, peu importe) et ayant traversé toute la couche sédimentaire jusqu'aux basaltes de la
croûte océanique à cet endroit. Supposons qu'on ait obtenu un âge de 5 Ma pour les basaltes; il en
sera ainsi pour les sédiments qui se trouvent immédiatement au-dessus des basaltes puisqu'ils se
sont déposés immédiatement après la formation des basaltes. Au fur et à mesure qu'on datera les
sédiments vers le sommet de la carotte, on obtiendra des âges de plus en plus jeunes, jusqu'à des
âges récents. Prenons la carotte d'un deuxième forage situé cette fois un peu plus loin de la dorsale;
les basaltes y seront plus vieux, ainsi que les sédiments immédiatement sur les basaltes, par
exemple, 50 Ma. L'âge des sédiments s'étalera de 50 Ma à récent. Dans un troisième forage, plus
près du continent que de la dorsale, l'âge des basaltes pourrait être de 110 Ma; l'âge des sédiments
variera de -110 Ma à récent. Cette répartition des âges de la croûte océanique et des sédiments, de
plus en plus vieux en s'éloignant de la dorsale, se vérifie dans les centaines de forage, à la grandeur
des océans, et vient appuyer la thèse de l'étalement des fonds océaniques.
Tuzo Wilson.
Wilson, un géophysicien de l'Université de Toronto, fut l'un des seuls à épouser l'hypothèse de
Hesse. De plus, il y apporta un argument nouveau: l'âge des îles océaniques croît avec leur distance
par rapport à la dorsale. Plus elle sont éloignées de la dorsale, plus elles sont vieilles, la preuve
qu'une fois formées sur le plancher océanique elles ont dérivé avec le tapis roulant des fonds
océaniques. Wilson était un communicateur extraordinaire et a été un promoteur certain de
l'acceptation par la communauté scientifique de la théorie de l'étalement des fonds océaniques.
Vine, Matthews & Morley.
Au début des années 60, Fred Vine et Drummond Matthews de Cambridge, ainsi que Larry Morley de
la Commission géologique du Canada (de façon indépendante des deux premiers), ont eu l'idée de
faire le rapprochement entre trois choses: