La dynamique de la terre

La dynamique de la terre
Manuel de référence: Nathan, 2001
Manuels de la classe, Belin, 2001 ou Bordas, 2001
Plan de cette page:
1. La tectonique des plaques explique les structures de la surface terrestre par le
mouvement des plaques lithosphériques.
1.1 De la dérive des continents à la tectonique des plaques: un bref historique
1.2 Les limites de plaques ne sont pas déterminées par les reliefs terrestres mais par
l'activité sismique et volcanique.
1.3 Les mouvements relatifs des plaques entre elles sont des rotations qui définissent 3
types de mouvements mais 4 types géologiques de frontières de plaques: mouvement
de divergence (dorsales océaniques), mouvement de convergence (subductions et
collisions) et mouvement de coulissage (failles transformantes)
1.4 Le moteur de la tectonique des plaques est thermique et gravitaire
1.5 Un modèle des mouvements de convections mantelliques
2. Les mouvements de divergence: de l'amincissement d'une croûte continentale à la
formation d'une croûte océanique au niveau d'une dorsale
2.1 Les dorsales présentent une tectonique (séismes et failles normales) en extension
2.2 L'axe de la dorsale est le lieu de formation d'une croûte océanique de 7 km
d'épaisseur
2.3 En s'écartant de l'axe de la dorsale, la lithosphère s'épaissit, se refroidit et s'hydrate
2.4 Les marges passives des océans témoignent de l'histoire de l'ouverture océanique
3. Annexe: Théorie des catastrophes et tectonique des plaques: des plaques pas si rigides
que ça...
1. La tectonique des plaques explique les structures de la
surface terrestre par le mouvement des plaques
lithosphériques.
Si la surface de la terre était immobile et non renouvellée (vieille), elle serait semblable à la
surface de son satellite, la Lune, criblée d'impacts météoritiques; (même si l'eau, l'atmosphère,
et surtout de la vie modifient aussi profondémment les paysages).
Or elle ne conserve les traces que de quelques cratères d'impact et la surface terrestre est
"jeune" par rapport à l'âge de la terre qui est de 4,5 Ga.
En effet, les plus vieilles roches la surface des continents sont datées de 3,2 Ga, même si la
plupart des surfaces continentales sont très hétérogènes et comprennent des matériaux d'âges
variés, souvent postérieurs à 500 Ma.
De son côté, la surface du socle océanique est constituée de roches encores plus "jeunes" car
les plus anciennes sont datées de 200 Ma environ.

Sur les continents on date les déformations de la surface et pour les océans on date le socle.
On peut cependant affirmer que la tectonique des plaques modèle la surface terrestre.
1.1 De la dérive des continents à la tectonique des plaques: un bref historique
A l'origine de la théorie actuelle se trouve l'hypothèse du météorologiste Alfred Wegener, qui
propose en 1910 la mobilité des continents (théorie de la dérive des continents) pour expliquer
des similitudes de reliefs et de formes des continents, ainsi que des similitudes de faunes et de
flores ou de formations géologiques.
Vers 1950-1960 les mesures de la direction du champ magnétique fossile, par Vine et
Matthews notamment, permettent de proposer une interprétation de la disposition des
anomalies magnétiques symétriquement de part et d'autre de la dorsale océanique atlantique
comme résultant de l'ouverture océanique et de l'expansion des fonds océaniques.
A partir de la seconde moitié du XXème siècle les campagne de forages océaniques se
multiplient et l'examen des carottes de roches sédimentaires qui surmontent le toît du plancher
océanique basaltique permet de confirmer la théorie de l'expansion des fonds océaniques en
datant les roches sédimentaires par les fossiles et les basaltes par paléomagnétisme.
La théorie de la tectonique des plaques est formulée dès 1968 mais ne cesse de subir des
améliorations. On peut la résumer ainsi:
La "théorie de la tectonique des plaques" explique tous les mouvements et les déformations de
la croûte terrestre (de tectus = le toît en latin) par le mouvement de plaques:
Les plaques lithosphériques, solides et rigides, se déplacent sur l'asthénosphère
solide et déformable.
Elles croissent (par l'arrivée de roches du manteau chaudes ou par épaississement
lors du chevauchement de deux plaques l'une sur l'autre), sont entraînées (par
gravité et par les mouvements du manteau), et disparaissent (elles plongent dans
l'asthénosphère).
1.2 Les limites de plaques ne sont pas déterminées par les reliefs terrestres
mais par l'activité sismique et volcanique.
Les reliefs terrestres sont dus à la tectonique des plaques, mais ce sont des limites parfois très
anciennes (une montagne ancienne n'est généralement plus un lieu où s'affrontent
actuellement deux plaques). Les limites actuelles des plaques sont déterminées par les témoins
de l'activité du globe présente: essentiellement les séismes (mouvements brusques de la
surface) et les volcans (arrivée et épanchement de magmas).
Les points chauds sont des zones de volcanisme très localisées qui ne sont pas en relation
avec les limites de plaques actuelles (Nathan p 299).
Remarque:
Les termes plaque continentale et plaque océanique sont à proscrire absolument puisque le
type lithosphérique (continental ou océanique) ne détermine pas les frontières de plaques. Les
plaques sont lithosphériques. Leurs frontières sont au sein des océans ou au sein des
continents aussi bien qu'à leurs limites.

1.3 Les mouvements relatifs des plaques entre elles sont des rotations qui
définissent 3 types de mouvements mais 4 types géologiques de frontières de
plaques: mouvement de divergence (dorsales océaniques), mouvement de
convergence (subductions et collisions) et mouvement de coulissage (failles
transformantes)
d'après Nathan, fig1, p 304
Dans la théorie des plaques, les mouvements des plaques sont des rotations autour d'un axe
défini pour chaque frontière de plaque.
La carte des mouvements relatifs des plaques entre elles (Belin, p 79, Nathan, p 313) permet
de retrouver les 4 types de frontières.
 les mouvements de divergence sont localisés au niveau des dorsales océaniques où se
forme une nouvelle lithosphère océanique par remontée de l'asthénosphère
 les mouvements de convergence peuvent donner deux types de frontières de plaques:
o les zones de subduction où la lithosphère océanique, lourde et froide,
s'enfonce dans l'asthénosphère en créant une fosse océanique au point de
contact entre les deux plaques, et en causant une activité sismique et un
volcanisme particulier intense (de chimisme andésitique). Le volcanisme
intense peut donner lieu à la génèse d'une véritable chaîne de montagne (chaîne
de subduction comme les andes) au niveau d'une lithosphère continentale. Il
existe des subductions de la lithosphère océanique sous une autre lithosphère
océanique.
o les zones de collision où s'affrontent deux lithosphères continentales et qui
conduisent à la génèse de chaînes de montagnes accompagnées d'une forte
activité sismique (par exemple l'Himalaya ou les Alpes).
 les mouvements de coulissage donnent des failles que l'on nomme transformantes
car elles relient les frontières convergentes avec les frontières divergentes. Les failles
transformantes visibles au niveau des dorsales (et perpendiculaires à l'axe de
divergence) permettent de retrouver l'axe de rotation relatif des plaques divergentes.

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De petits "chrobars" sans aucun souci de respect des modèles que nous verrons ensuite...
Remarque: L'activité du globe n'est pas limitée aux frontières entre plaques:
est concentrée aux frontières entre les plaques mais il existe au sein des plaques des zones
d'activité sismique (notamment lorsque une plaque s'aminçit et peut présenter un début de
zone de divergence en formation) ou de volcanisme actif (en association avec l'amincissement
de la lithosphère continentale ou au beau milieu d'un océan comme pour les points chauds).
1.4 Le moteur de la tectonique des plaques est thermique et gravitaire
Les matériaux terrestres chauds et peu denses montent puis s'étalent à la surface de la terre
alors que les matériaux froids et denses s'enfoncent dans le manteau. C'est la gravité qui
attire les masses les plus denses vers le bas. Ces dernières, en prenant la place des masses les
moins denses, repoussent celles-ci vers le haut. A composition chimique, minéralogique et
pétrologique homogène (voir structure du globe) le manteau inférieur (-700 à -2900 km) ne
présente de différence que de température.
Le chaleur interne de la terre trouve sa source principale dans la radioactivité (238U, 235U,
232Th, 40K) du manteau (du fait de son volume et non de sa concentration en éléments
radioactifs, plus faible que celle de la croûte - environ 2/3 pour le manteau-1/3 pour la croûte).
La terre a aussi accumulée de l'énergie lors de sa formation par agglomération de petits corps
célestes (chaleur d'accrétion). Au total, actuellement la puissance totale rayonnée par la terre
est de 42.1012W.
La terre dissipe une énergie thermique de façon inégale à sa surface : plus de 200 mW.m-2 au
niveau des dorsales et environ 20 mW.m-2 à la verticale des fosses océaniques. Le flux
géothermique moyen est de 80 mW.m-2.
Le gradient géothermique moyen - augmentation de température moyenne en fonction de la
profondeur dans la croûte - est de 30°C par km.

1.5 Un modèle des mouvements de convections mantelliques
La convection est un transfert de chaleur par mouvement de matière. Les mouvements au sein
du manteau sont lents (quelques centimètres par an) et affectent un SOLIDE (déformable).
Les nouveautés des modèles actuels sont principalement déduites des données de
tomographie sismique qui interprétent les différences de vitesse de propagation des ondes
sismiques dans le manteau par des différences de température.
Modifié d'après Nathan, fig 4, p 314 - pour plus de détails, voir les références des articles dans la page sur les séismes
Sur ce schéma les zones mantelliques rouges sont des masses de péridotite SOLIDES et
CHAUDES, qui montent donc,
alors que les zones mantelliques violettes sont des masses de péridotite SOLIDES et
FROIDES qui descendent.
Il ne s'agit en aucun cas de magma.
Remarque:
2. Les mouvements de divergence: de l'amincissement
d'une croûte continentale à la formation d'une croûte
océanique au niveau d'une dorsale
Le programme fait des choix: en 1ère S on ne voit que la divergence; la convergence sera vue
en terminale. Le coulissage ne sera pas vu dans l'enseignement secondaire (il peut être
pourtant la composante majeure d'une chaîne de montagne (Pyrénnées) ou au moins
participer de façon importante à la formation d'une chaîne de collision ou de subduction
continentale (?) (chaîne himalayienne).
2.1 Les dorsales présentent une tectonique (séismes et failles normales) en
extension