TS-TH1B-isostasie

TS – Thème 1B : Le domaine continental et sa dynamique
1
H. Zelsmann, lycée Europole – F. Arbid, lycée Philibert Delorme
Le phénomène de l’isostasie abordé au travers du Thème 1B : Le domaine
continental et sa dynamique
Thème 1-B-1 : La caractérisation du domaine continental : lithosphère continentale,
reliefs et épaisseur crustale
Approche de la notion d’isostasie (Etude d’un rééquilibrage)
 Observation de mouvements verticaux ascendants de la lithosphère continentale d’épaisseur normale (ex :
Nord-Est du Canada) suite à la fonte d’une calotte glaciaire.
↔ Notion d’un équilibre réalisé entre la couche superficielle et rigide qu’est la lithosphère et la couche profonde et
ductile qu’est l’asthénosphère : la lithosphère « flotte » sur l’asthénosphère. Cet équilibre est appelé équilibre
isostatique.
 Explication : Suite à la fonte de la calotte, l’équilibre isostatique est rompu. Le soulèvement correspond à un
mouvement vertical de rééquilibrage (= rebond post-glaciaire).
Illustration 1 : Rebond post-glaciaire
Duplos rouges : croûte continentale (d = 2,7)
Duplos verts, lestés : manteau supérieur lithosphérique
(d = 3,3)
Duplos blancs : glace (d = 0,9)
 Définition de l’isostasie :
Equilibre lithostatique des enveloppes superficielles réalisé à partir d’une certaine profondeur, qu’il est possible de
matérialiser par une surface théorique dite de compensation ou d’égale pression (le poids des colonnes de matière
unitaires situées au-dessus du niveau de compensation est constant).
Dualité d’altitude océans-continents
Extrait du programme de l'enseignement spécifique de SVT en Terminale S :
« La lithosphère est en équilibre (isostasie) sur l'asthénosphère. Les différences d'altitude moyenne entre les continents
et les océans s'expliquent par des différences crustales. La croûte continentale, principalement formée de roches
voisines du granite, est d'une épaisseur plus grande et d'une densité plus faible que la croûte océanique ».
 Données de sismologie :
Epaisseur moyenne de la croûte continentale = 35 km > Epaisseur moyenne de la croûte océanique = 7 km
 Mesures de masses volumiques (en relation avec composition minéralogique) :
Densité moyenne de la croûte continentale = 2,7 < Densité moyenne de la croûte océanique = 2,9
=> Dans le cadre de l’équilibre isostatique, ces différences d’épaisseur et de densité expliquent que l’altitude moyenne
des océans soit inférieure à l’altitude moyenne des continents.

TS – Thème 1B : Le domaine continental et sa dynamique
2
H. Zelsmann, lycée Europole – F. Arbid, lycée Philibert Delorme
Illustration 2 : Dualité d’altitude océans-continents
Duplos rouges : croûte continentale (d = 2,7)
Duplos bleus, un peu lestés : croûte océanique (d = 2,9)
Duplos verts, lestés : manteau supérieur
lithosphérique (d = 3,3)
Reliefs continentaux et épaisseur de la croûte continentale
Extrait du programme de l'enseignement spécifique de SVT en Terminale S :
« Au relief positif qu'est la chaîne de montagnes, répond, en profondeur, une importante racine crustale ».
 Situation d’appel : reliefs positifs (chaînes de montagnes) = surcharge pondérale. Comment l’équilibre
isostatique peut-il être réalisé malgré cette surcharge ?
 Données sur la profondeur du Moho, par exemple en France : cette profondeur est variable, elle est plus
importante sous les reliefs.
=> Notion de racine crustale, moins dense que le manteau ↔ réalisation de l’équilibre isostatique.
Illustration 3 : Racine crustale sous un massif montagneux
Duplos rouges : croûte continentale (d = 2,7)
Duplos verts, lestés : manteau supérieur
lithosphérique (d = 3,3)
Modèles de Pratt et d’Airy
Présentation des modèles de Pratt et d’Airy et question : quel modèle est adapté à quel cas évoqué précédemment?
 Le modèle de Pratt est bien adapté pour expliquer la différence d’altitudes océans-continents. En effet, la
croûte océanique est plus dense et moins épaisse que la croûte continentale, elle émerge alors moins.
 Le modèle d’Airy est bien adapté pour le cas d’un épaississement de la lithosphère continentale. En effet, la
présence de racines crustales moins denses que la matière environnante permet de compenser l’excès de
masse dû au relief.

TS – Thème 1B : Le domaine continental et sa dynamique
3
H. Zelsmann, lycée Europole – F. Arbid, lycée Philibert Delorme
Thème 1-B-2 : La convergence lithosphérique : contexte de la formation des chaînes de
montagnes
Moteur de la subduction (Etude de la rupture d’un équilibre isostatique)
Extrait du programme de l'enseignement spécifique de SVT en Terminale S :
« La différence de densité entre l'asthénosphère et la lithosphère océanique âgée est la principale cause de la
subduction. En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et s'épaissit. L'augmentation de sa densité
au-delà d'un seuil d'équilibre explique son plongement dans l'asthénosphère ».
Explicitation de la cause de la subduction :
 Quand densité moyenne lithosphère océanique < densité moyenne asthénosphère, l’équilibre isostatique est réalisé : la
lithosphère (ici océanique) repose en équilibre sur l’asthénosphère.
 Or, (calcul élèves) quand l’âge de la lithosphère océanique augmente, il y a augmentation de sa densité
moyenne (l’épaisseur de manteau supérieur lithosphérique (d= 3,3) augmente tandis que celle de la croûte
océanique reste inchangée (d = 2,9)).
 Quand densité moyenne lithosphère océanique > densité moyenne asthénosphère, il y a rupture de l’équilibre isostatique,
la lithosphère océanique plonge dans l’asthénosphère : c’est la subduction.
Image 4 : Subduction de la lithosphère océanique dans l’asthénosphère
Duplos bleus, un peu lestés : croûte océanique (d = 2,9)
Duplos verts, lestés : manteau supérieur lithosphérique
(d = 3,3)
Thème 1-B-4 : La disparition des reliefs
La disparition des reliefs
Extrait du programme de l'enseignement spécifique de SVT en Terminale S :
« On y observe [dans les chaînes de montagnes anciennes] à l'affleurement une plus forte proportion de matériaux
transformés et/ou formés en profondeur ».
 Calculs, observations :
- Vitesse d’érosion calculée (à partir de la masse de sédiments par exemple) > vitesse de l’évolution (abaissement) de
l’altitude d’une chaîne de montagne au cours du temps.
- Profondeur Moho chaînes de montagnes jeunes (ex : Alpes) > profondeur Moho chaînes de montagnes anciennes
(ex : Massif central)
- Proportion de matériaux transformés et/ou formés en profondeur retrouvés à l’affleurement dans les chaînes de
montagnes anciennes (ex : Massif Central) > Proportion de matériaux transformés et/ou formés en profondeur
retrouvés à l’affleurement dans les chaînes de montagnes récentes (ex : Alpes)

TS – Thème 1B : Le domaine continental et sa dynamique
4
H. Zelsmann, lycée Europole – F. Arbid, lycée Philibert Delorme
 Explication :
Erosion => Réajustement isostatique <=> Remontée de la racine crustale => affleurement de matériaux transformés
et/ou formés en profondeur.
Au bout de plusieurs cycles érosion/rééquilibrage isostatique, l’épaisseur de la croûte continentale tend à être ramenée
à environ 30 km (stade pénéplaine).
Illustration 5 : Erosion et remontée de la racine crustale
Duplos rouges : croûte continentale (d = 2,7)
Duplos verts, lestés : manteau supérieur lithosphérique
(d = 3,3)