Chapitre II : Lithosphère et tectonique des plaques
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SVT Première –Géologie Chapitre II : Lithosphère et tectonique des plaques Introduction Le modèle construit à l’aide des données sismiques traduit une homogénéité de la structure verticale de la Terre. On a une succession d’enveloppes aux propriétés physiques et/ou chimiques différentes. Par contre, en dehors des différences entre croûte continentale et océanique, il n’y a pas beaucoup de différences au niveau des manteaux supérieurs. En prenant en compte l’activité géologique de séismes et volcans, on remet en cause ce modèle de géométrie sphérique. En effet, la lithosphère est divisée en plusieurs plaques lithosphériques qui se déplacent les unes par rapport aux autres. Ces mouvements de plaques ont été découverts il y a un demi-siècle environ, par Wegener. L’étude de ces mécanismes a donné naissance à l’élaboration de l’hypothèse de la tectonique des plaques. Comment les plaques lithosphériques se déplacent-elles à la surface du globe ? 1. Les fondements de la tectonique des plaques A. La tectonique des plaques et le « visage » de la Terre Les reliefs continentaux et océaniques (montagnes et/ou fosses) ainsi que la jeunesse des roches océaniques témoignent d’une activité géologique interne, renouvelant sans cesse cette surface. L’activité interne du globe se manifeste par le déplacement des plaques lithosphériques et une activité sismique et volcanique importante à la frontière de ces plaques. B. Elaboration progressive de la théorie En 1910, Wegener mit en place l’hypothèse de la dérive des continents. Cependant, comme il était météorologiste, les géologues sous estimèrent son hypothèse. De plus, il ne pouvait démontrer l’existence d’une force qui serait le moteur de cette dérive. Il présentait malgré cela des arguments paléontologiques et géographiques. Il imaginait l’existence d’un super continent, la Pangée, dont le morcellement progressif aurait mené aux continents d’aujourd’hui. Dans les années 50, la découverte de la variation des pôles magnétiques, gravée dans les roches, confirmait l’hypothèse de la dérive des continents. En 1963, Vine et Matthews étudièrent la distribution symétrique des anomalies magnétiques de part et d’autre des dorsales. Ils mirent ainsi en évidence l’ouverture des océans. C’est la théorie de l’expansion océanique. Plus les sédiments aux contact du basalte océanique sont âgés, plus ils sont vieux, ce qui explique l’expansion océanique. En 1967, enfin, est élaborée la théorie de la tectonique des plaques. 2. Mouvements de plaques lithosphériques A. Limites de plaques Les plaques sont limitées par une activité géologique importante (séismes, volcanisme) mais aussi par des morphologies différentes dépendant des mouvements relatifs des plaques. a) Convergence Subduction : la plaque océanique passe sous la plaque continentale montagne+fosse Collision : deux plaques continentales entrent en collision montagne b) Divergence Les plaques s’écartent le long de la dorsale, facilitant la remontée de matériel chaud à la surface. Le matériau se refroidit et, par accrétion, forme des plaques. c) Les frontières de coulissage : failles transformantes Elles découpent les dorsales en morceaux et sont parfois à l’origines de transformations. Elles sont perpendiculaires à l’axe des dorsales (et non parallèles, comme les failles normales) B. Les vitesses de déplacement des plaques On peut la calculer par l’étude de l’age des sédiments ou par anomalies magnétiques. L’étude des points chauds permet à la fois d’évaluer la direction des plaques et leur vitesse de déplacement. Vitesse moyenne de la Plaque Pacifique : 10-16 cm/an (ouverture : 20-32cm/an) Vitesse moyenne de la Plaque Atlantique : 2-3 cm/an (ouverture : 4-6cm/an) 3. L’énergie interne, origine des phénomènes superficiels A. Origines de l’énergie interne et dissipation L’énergie résulte de : La chaleur primitive, accumulée lors de la formation de la Terre Désintégration des éléments radioactifs (manteau/noyau) L’énergie interne est responsable de l’augmentation de la chaleur avec la profondeur ; c’est le gradient géothermique. Il est de l’ordre de 30°/km, et représenté par une courbe appelée géotherme qui permet de connaître une température à une profondeur donnée. A la surface de la Terre, cette énergie se dissipe par des évènements épisodiques (éruptions) et par un flux de chaleur continu. Il s’agit du flux géothermique. Celui-ci correspond à la chaleur qui a diffusé par conduction à travers les roches de la croûte terrestre. B. La convection mantellique : moteur de la tectonique des plaques En profondeur, la roche est ductile, ce qui permet l’établissement de mouvements de matière. Il se forme alors des cellules de convection. Le manteaux chaud s’élève au niveau des dorsales, puis se refroidit en s’éloignant de la dorsale, et enfin redescend au niveau des zones de subduction. Puis le processus recommence. Ce mécanisme évacue la chaleur vers la surface. Les mouvements de convection entraînent le mouvement des plaques lithosphériques. Au niveau des zones de subduction, le manteau froid s’enfonce. Le manteau chaud remonte au niveau des dorsales et repousse ainsi la lithosphère. En profondeur, il reste des incertitudes. En particulier, on ne peut déterminer si la convection s’effectue à un étage ou à deux étages. C. Les points chauds Ils correspondent à des zones ou le manteau profond est particulièrement chaud et remonte sous forme de colonne convective. A une centaine de kilomètres de profondeur, le matériau qui remonte rentre en fusion (avant, la pression l’en empêchait). Le magma qui en résulte perfore alors périodiquement la lithosphère et est à l’origine de volcans. Conclusion Le modèle actuel de la tectonique des plaques s’est progressivement imposé et a révolutionné les dernières décennies. Le développement du paléomagnétisme et de l’océanographie moderne ont joué un rôle déterminant. On a pu ainsi déduire que le plancher basaltique océanique était bien formé par accrétion de magma au niveau des dorsales et qu’il s’en éloignait progressivement. De plus, les volcans des points chauds ont mis en évidence la direction et la vitesse de déplacement de plaques lithosphériques.
