Thème 1B 1ère S La tectonique des plaques, histoire d`un modèle

Thème 1B 1ère S La tectonique des plaques, histoire d'un modèle
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La surface terrestre est constituée d’une couche superficielle rigide appelé lithosphère (croûte plus une partie rigide du manteau) d’une centaine de kilomètres qui « flotte » sur une
couche plus ductile l’asthénosphère. Cette lithosphère semble être découpée en blocs délimités par des zones de dorsales et de subduction. Ces « blocs » sont en mouvement les
unes par rapport aux autres puisque l’on a mis en évidence des zones où la lithosphère plonge dans l’asthénosphère.
A partir des documents proposés, de vos observations et vos connaissances personnelles, énoncer les arguments en faveur de l’existence de plaques lithosphériques
rigides . Vous serez amenés à donner une explication aux failles transformantes et aux archipels volcaniques de point chaud.
Document 1 : Des failles transformantes au niveau de la dorsale médio-Atlantique
Matériel : logiciel Google Earth , fichier kmz « Reliefs, Volcans, séismes ».
Une observation surprenante à propos des linéations magnétiques fait état de discontinuités, de décalages horizontaux de
plusieurs centaines de kilomètres au niveau de zones de fractures. Wilson remarque en 1965 que ces décalages se retrouvent
pour l'axe de la dorsale, et il les interprète en introduisant le concept de faille transformante. Les failles transformantes
permettent de relier des segments de dorsales entre eux.
Activité 11 : Les plaques lithosphériques
Thème 1B
Compétences travaillées
Notions à construire
À la fin des années soixante, la géométrie des failles
transformantes océaniques permet de proposer un modèle en
plaques rigides. Des travaux complémentaires parachèvent
l’établissement de la théorie de la tectonique des plaques en
montrant que les mouvements divergents (dorsales), décrochants
(failles transformantes) et convergents (zones de subduction)
sont cohérents avec ce modèle géométrique.
Des alignements volcaniques, situés en domaine océanique ou
continental, dont la position ne correspond pas à des frontières de
plaques, sont la trace du déplacement de plaques lithosphériques
au dessus d’un point chaud fixe, en première approximation,
dans le manteau..
Capacités
Réaliser une manipulation analogique simple, ou utiliser un logiciel de simulation, pour
comprendre que les mouvements des plaques sont des rotations de pièces rigides se déplaçant sur
une sphère.
Comprendre comment désormais des faits ne s’intégrant pas a priori avec le modèle initial
(volcanisme intraplaque) permettent un enrichissement du modèle (théorie des points chauds) et
non son rejet.
Corréler les directions et les vitesses de déplacements des plaques tirées des données
paléomagnétiques avec celles déduites de l’orientation et des âges des alignements volcaniques
intraplaques.
Attitudes
Manifester du sens de
l’observation, de la
curiosité, de l’esprit critique
Faire preuve d’autonomie
Percevoir le lien entre
sciences et technique

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Document 2 : Géométrie eulérienne et failles transformantes
http://www.incertae-sedis.fr/gl/docu1196_03a2_pole-eulerien.htm
En 1967, Jason Morgan énonce que comme les mouvements de « plaques ou blocs » se font sur une sphère (la Terre), le mouvement de chaque bloc peut être décrit par une
simple rotation entre sa position initiale et sa position finale, rotation définie par un axe passant par le centre de la Terre (axe eulérien de rotation) et une vitesse angulaire. Une
propriété essentielle est que les failles transformantes correspondent à des petits cercles centrés sur l’axe eulérien, permettant d’en déterminer la position.
En fonction de la distance au pôle eulérien, la vitesse linéaire sera différente pour une même vitesse angulaire selon la relation :
V = R ω
avec V= vitesse linéaire en m/s R = rayon du cercle = distance à l’axe de rotation ω = vitesse angulaire en rd/s (π rd = 180 °)
Au niveau du pôle eulérien de rotation, R=0 donc V= 0. Plus on s’éloigne du pôle, plus R augmente et plus V augmente.
Extrait de « Sea Floor Spreading » Morgan Avril 1967

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Document 3 : Détermination du pôle eulérien avec le logiciel Tectoglob
Pour déterminer le pôle eulérien, il faut tracer des tracés d’arc de grand cercle perpendiculaires aux failles transformantes (Mode Tracé d'arc de grand cercle, conserver les tracés).
L’intersection des tracés donne la position (approximative) du pôle eulérien. On peut ensuite observer le globe en vue polaire avec le pôle eulérien trouvé (Affichage , vue polaire)
et vérifier que les cercles passent par les failles transformantes.
Document 4 : Localisation d’un épicentre d’un séisme survenu le 06.06.2009 / 20 h 33 28 s
Plusieurs stations sismiques du réseau Sismo ont enregistré des secousses sismiques le 6 Juin 2009 (LFCV à Caracas , QTOE à Quito, GABY en Guadeloupe, PERF à Perpignan
en France).
Détermination de la distance à l’épicentre de chaque station
Afficher les ondes (Z, N et E) reçues par la station LFCV (Caracas) dans le logiciel SeisGram2K. Filtrer ente 0,05 et 0,2 Hertz. Pointer les Ondes P et S , noter la différence de
temps d’arrivée et déterminer la distance épicentrale en utilisant l’hodochrone . Procéder de la même façon pour GABY (Guadeloupe), PERF (Perpignan) et QTOE (Quito).
Détermination de la localisation de l’épicentre
Ouvrir Educarte et afficher les trois stations sismiques. Localiser l’épicentre par la méthode des cercles.
Document 5 : Détermination du pôle eulérien avec le logiciel Educarte par l'étude de l'épicentre du séisme du 06.06.2009 / 20 h 33 28 s
Choisir deux points de part et d’autres de l’axe de la dorsale sur deux failles transformantes différentes (soit 4 points au total, nommer 1,2,3 et 4). Tracer la médiatrice entre ces
deux points pour chacune des deux failles, soit deux médiatrices au total. Positionner le pôle eulérien comme étant le point de rencontre des deux médiatrices . Pour vérifier qu'il
n'existe qu'un seul pôle eulérien pour cette dorsale Nord Atlantique il suffit de tracer des cercles partant du pôle eulérien et de vérifier que les failles transformantes sont sur ces
cercles.
Document 6 : Hawaî, volcan de point chaud
On estime qu’un point chaud (remontée d’un magma d’origine profonde toujours fixe qui perce les plaques et forme en se refroidissant des îles volcaniques) se trouve actuellement
à Hawaï dans le Pacifique. Ce point servira de point zéro pour déterminer la distance des îles au point chaud.
En 1963, Wilson fit le constat que des chaînes volcaniques océaniques pouvaient avoir été « tracées » sur la plaque lithosphérique les supportant par une source magmatique fixe,
située sous cette plaque, qui se meut avec le temps.
En 1971, Morgan suggère que cette source fixe sous la plaque est alimentée par un panache chaud montant au travers du manteau.
Document 7 : Détermination des vitesses et direction de déplacement de la plaque Pacifique depuis 13 Ma par l'étude du point chaud d'Hawaï.
Matériel : Fichier Hawaï.kmz , Logiciel Google Earth , Logiciel Tableur