Chapitre 2 : La lithosphère et la tectonique des plaques

Partie A. La tectonique des plaques : histoire d’un modèle
TP 7 : la distinction lithosphère et asthénosphère
L’objectif est d’établir la distinction entre la lithosphère qui repose sur l’asthénosphère.
Matériel à votre
disposition
Consignes
Capacités et
Critères d’évaluation
- Logiciel « Sismolog »
et sa fiche technique
- Documents annexes
- pâte à modeler
congelée, chalumeau,
capteurs sismiques et
logiciel « Audacity »
Vous travaillez sur la fosse des Tonga (-10 900 m), zone de subduction située
à l´Est de L´Australie, et qui est une limite entre la plaque Pacifique à l’Est et
la plaque Indo-Australienne à l’Ouest.
a) Exploiter les fonctions du logiciel Sismolog pour faire apparaître les
volcans et séismes (magnitude > 3) dans cette zone.
b) Réaliser une coupe Ouest-Est qui passe par cette fosse montrant la
répartition des foyers sismiques en profondeurs.
→ Appeler le professeur pour vérifier
Expliquer comment Wadati et Benioff, en 1935-1949, puis Oliver et Isacks,
en 1967, ont interprété cette répartition des foyers sismiques en profondeur.
Exploiter les documents annexes afin de valider les interprétations d´Oliver et
Isacks.
Utiliser le matériel proposé pour montrer qu´il existe une relation entre la
variation de vitesse de propagation des ondes sismiques et la température du
matériau traversé.
Utiliser un logiciel
de traitement des
données et les
exploiter
Adopter une
démarche
explicative
Utiliser des
techniques
Jack Oliver
(1923-2011)

Document annexe :
Doc 1. Image tomographique sismique au niveau des Tonga.
La tomographie sismique est une méthode pouvant être assimilée
à un scanner pour la Terre.
La tomographie sismique permet d'établir des "coupes" du globe
terrestre grâce à une analyse des vitesses de propagation des
ondes sismiques.
Les vitesses enregistrées dépendent, notamment, des
caractéristiques physiques du milieu traversé (température,
pression, densité, consistance …).
Les régions colorées en rouge, où la vitesse des ondes est
inférieure à la vitesse normale, correspondent aux régions
anormalement chaudes, comprenant des matériaux moins rigides.
Les zones colorées en bleu montrent des régions « froides », avec
des matériaux rigides : les ondes s'y propagent rapidement.
Doc. 3 : Le graphique représente la variation de
vitesse des ondes P et S en fonction de la
profondeur en milieu océanique et son
interprétation.

Correction TP 7 Titre : répartition des foyers sismiques au niveau de la fosse des Tonga
Ouest Est
Les foyers sismiques sont répartis suivant un plan incliné à partir de la fosse sous la plaque indienne. Les
foyers les plus profonds sont situés à plus de 600 km. Ce plan représente le plan incliné de Wadati-Benioff.
On est dans une zone de convergence de plaques et on peut supposer que la plaque Pacifique s’enfonce sous
la plaque Indienne, suivant un plan incliné. Les foyers sismiques marquent la limite de la plaque subduite qui
s’enfonce.
La tomographie sismique est une méthode géophysique utilisant l'enregistrement de l'arrivée des ondes sismiques émises lors de
tremblements de terre et dont l'interprétation des temps d'arrivée les uns relativement aux autres et en différents lieux, permet de
remonter aux variations spatiales des vitesses de propagation de ces ondes à l’intérieur du globe terrestre. Les modèles
tridimensionnels de vitesses d'ondes ou d'anomalies de vitesse peuvent être interprétés en termes de variations de température
locale au sein des unités terrestres, ou en termes de variation de composition chimique ou minéralogique des matériaux. Son
utilisation principale est la réalisation de la cartographie des hétérogénéités du manteau terrestre, très utile pour établir des liens
entre les déplacements lithosphériques, interprétés dans le cadre de la tectonique des plaques, et la convection mantellique.
Doc1 : les données de la tomographie sismique indiquent qu’une zone froide s’enfonce dans une zone
chaude au niveau de la fosse, jusqu’à des profondeurs d’environ 400 à 600 km.
Doc 2 : les données thermiques indiquent, qu’au niveau de la fosse, les isothermes (lignes d’égales
températures) sont déformés, incurvés, comme si de la matière froide s´enfonçait dans de la matière plus
chaude. La disposition des isothermes est identique à la répartition des foyers sismiques : cela renforce l´idée
qu’une zone froide s’enfonce dans une zone plus chaude.
Doc 3 : les données sismiques indiquent un ralentissement des ondes P et S, entre 100 et 200 km de
profondeur en milieu océanique : cette zone de ralentissement est appelée LVZ. Ce ralentissement s’explique
par la présence d’un milieu moins rigide, déformable : les roches ont un comportement ductile : elles se
déforment sans se casser.
On l’interprète comme étant la limite entre deux zones, une zone de 100 km d’épaisseur, rigide, appelée la
lithosphère qui repose sur une zone moins rigide, l’asthénosphère.
L’isotherme 1300°C délimite la limite lithosphère-asthénosphère
Conclusion : l´étude de la vitesse de propagation des ondes sismiques (LVZ et plan de
Wadati-Benioff), les données de la tomographie sismique et des isothermes permettent
d´établir une distinction entre une lithosphère rigide, de 100 km d´épaisseur environ, qui
repose sur de l´asthénosphère moins rigide jusqu´à 700 km environ de profondeur.
Au niveau d´une fosse, la lithosphère s´enfonce dans l´asthénosphère jusqu´a 700 km de
profondeur : c´est une zone de subduction.
Plaque indienne
Plaque Pacifique
Fosse des Tonga
Foyers sismiques
Zone volcanique