Introduction `a la géodynamique. Notes pour le cours

Introduction `a la g´eodynamique.
Notes pour le cours SCT4003
version beta January 12, 2011
Jean-Claude Mareschal

Contents
Introduction page 1
References 3
1 Historique 5
1.0.1 R´evolution scientifique et paradigme. 5
1.0.2 Les grands d´ebats en G´eologie 6
1.0.3 La contribution de Wegener: la d´erive des
continents 7
1.0.4 R´eponse `a l’hypoth`ese de Wegener. 9
1.0.5 Exploration des fonds marins. Pal´eomagn´etisme. 10
1.1 Remarques 11
2 Structure interne de la Terre 13
2.1 Structure sismique de la Terre 13
2.2 Isostasie 14
2.3 Structure rh´eologique 18
2.3.1 Rh´eologie 19
2.3.2 D´eformation continue des roches 19
2.3.3 Loi de Byerlee 20
3 Expansion des fonds oc´eaniques 23
3.1 Fonds oc´eaniques 23
3.1.1 Morphologie des fonds oc´eaniques 23
3.1.2 Structure sismique de la croˆute oc´eanique 24
3.1.3 Gravit´e 25
3.1.4 Flux de chaleur 25
3.1.5 G´eologie marine 26
3.2 Les inversions du champ magn´etique terrestre. 26
3.2.1 Anomalie magn´etique 26

iv Contents
3.2.2 Propri´et´es magn´etiques des roches et
min´eraux 27
3.2.3 Magn´etisme invers´e dans les roches 28
3.2.4 Chronom´etrie des inversions 28
3.2.5 M´ecanisme des inversions 30
3.3 Anomalies magn´etiques marines: Hypoth`ese de
Vine-Matthews-Morley. 31
3.4 Applications 33
3.5 Probl`emes en suspens 35
3.6 Notes suppl´ementaires 37
3.6.1 1: La m´ethode sismique r´efraction 37
3.6.2 Notes suppl´ementaires: Flux de chaleur 39
3.6.3 Notes suppl´ementaires: Anomalies du
champ magn´etique 40
3.6.4 Champ d’un dipole. 40
3.6.5 Propri´et´es magn´etiques des roches et des
min´eraux. 41
3.7 Notes suppl´ementaires: Chronom´etrie K-Ar. 41
4 Les plaques: Cin´ematique 44
4.1 Failles transformantes 44
4.2 Zones de subduction 46
4.3 Tectonique des plaques 46
4.4 Cin´ematique des plaques. 51
4.4.1 Description du mouvement dans l’espace
des vitesses 51
4.4.2 Mouvement sur une sph`ere. Pˆoles d’Euler 52
4.4.3 Lois de conservation 53
4.4.4 Stabilit´e des points triples 53
4.5 Applications 54
4.5.1 Tectonique de la cˆote Pacifique de l’Am´erique
du Nord 54
5 Point Chauds-Cycle de Wilson 61
5.1 Points Chauds 61
5.1.1 Points chauds actifs 63
5.1.2 Fixit´e des points chauds 63
5.1.3 Application: Ouverture de l’Atlantique 63
5.2 Cycle de Wilson 65
6 Sismologie et tectonique des plaques 66
6.1 Observations des tremblements de Terre 66

Contents v
6.2 Sismicit´e et d´efinition des fronti`eres de plaques 67
6.3 M´ecanisme au foyer des tremblements de terre 68
6.3.1 Description des failles 68
6.3.2 D´etermination des m´ecanismes au foyer 68
6.3.3 Application 70
6.3.4 Sismicit´e intraplaque 75
6.4 Notes suppl´ementaires: Tenseur des contraintes. 77
6.4.1 Contraintes principales 78
6.4.2 Effet de la friction 80
6.4.3 Changement de syst`eme d’axes de coor-
donn´ees 81
7 Pal´eomagn´etisme 82
7.1 Introduction 82
7.2 Champ magn´etique terrestre 82
7.3 Propri´et´es magn´etiques des roches 85
7.4 D´etermination des pal´eopoles 87
7.5 Applications du pal´eomagn´etisme 89
7.6 Appendice: D´etermination du pal´eopole 93
8 Applications de la g´eod´esie spatiale `a la tectonique
des plaques 95
8.1 T´el´em´etrie satellite. SLR (Satellite Laser Ranging) 96
8.2 GPS-Global Positioning System 97
8.3 Interf´erom´etrie `a large base: VLBI (Very Long
Baseline Interferometry) 98
8.4 Altim´etrie satellite 100
8.5 Interf´erom´etrie radar. (SAR-Synthetic Aperture
Radar) 100
8.6 Application en plan´etologie 102
8.7 Applications environnementales 103
8.8 M´ethodes 103
8.8.1 Effet Doppler 103
8.8.2 Interf´erom´etrie 103
8.8.3 Mesure de la distance par GPS 104
8.8.4 Satellite Laser Ranging 105
8.8.5 La mission des satellites GRACE 106
9 Evolution de la lithosph`ere oc´eanique.
M´ecanismes de la tectonique des plaques. 112
9.1 Mod`eles d’´evolution thermique de la lithosph`ere
oc´eanique 112