3 LA TECTONIQUE DES PLAQUES : L`HISTOIRE D`UN MODÈLE

COURS ÉLÈVES 04/12/16
3LA TECTONIQUE DES PLAQUES : L’HISTOIRE D’UN MODÈLE
Au XIXème siècle, le fonctionnement du globe terrestre fait l'objet de nombreuses discussions
passionnées. Des observations communes (présence de montagnes, d'océans) ou moins communes (chaleur
interne de la Terre, reculs et avancées de la mer) sont à l'origine des modèles explicatifs admis à l'époque.
Un de ces modèles défendu en particulier par le géologue Suess admet que l'intérieur de la Terre se
refroidit et que ce refroidissement provoque sa contraction. La couverture extérieure froide devient trop grande,
se plisse dans certaines zones (donnant naissance aux montagnes) et s'effondre par ailleurs (donnant naissance à
des océans). Le modèle de Suess est donc basé essentiellement sur des mouvements verticaux de la croûte.
3.1 La construction du modèle de la tectonique des plaques
Le modèle de Suess suppose une couche rigide de surface de même nature partout. Le constat d'une
distribution bimodale des altitudes va à l'encontre de cette nature uniforme (pour des raisons physiques, si les roches de
surface étaient toutes de même nature, les altitudes devraient osciller autour d’une seule valeur moyenne).
3.1.1 La naissance de l’idée de déplacement horizontal
Au début du XXème siècle, les premières idées évoquant la mobilité horizontale de
la surface du globe sont formulées (Wegener en particulier)  . Elles s’appuient sur
plusieurs constatations :
- la distribution bimodale des altitudes (continents/océans).
- les tracés des côtes (complémentaires dans certaines régions);
- la distribution géographique des paléoclimats (zones de même climat très séparées).
- la distribution géographique de certains fossiles (zones de mêmes fossiles très séparées)  .
Observations fondant l'idée d'une mobilité horizontale à la surface du globe
Ces idées se heurtent au constat d’un état solide de la quasi-totalité du globe terrestre établi, à la
même époque, par les études sismiques. L’idée de mobilité horizontale est alors rejetée par l’ensemble de
la communauté scientifique.
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Le modèle de Suess
Distribution des
altitudes à la surface
du globe

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3.1.2 Déterminer l'age des fonds océaniques pour valider le modèle
3.1.2.1 Par l'étude des anomalies magnétiques 
Au début des années 1960, les découvertes de
la topographie océanique et des variations du flux
thermique permettent d’imaginer une expansion
océanique par accrétion de matériau remontant à
l’axe des dorsales, conséquence d’une convection
profonde (voir suite du cours).
La mise en évidence de bandes d’anomalies
magnétiques symétriques par rapport à l’axe des
dorsales océaniques associée aux faits que les
roches magmatiques de la dorsale (basaltes en
particulier) sont d'age actuel et de plus en plus âgées
quand on s'en éloigne , s'explique par cette
expansion.
Cette expansion a également pour conséquence
un déplacement des continents. Cela valide donc
l'idée de dérive des continents et de mouvements
de plaques.
Les failles transformantes, quant à elles ne peuvent
s'expliquer que par des mouvements horizontaux
3.1.2.2 Par l'utilisation des sédiments
Si le fond océanique est formé à un moment donné puis se
déplace latéralement, le modèle prévoit que la croûte océanique
est d’autant plus vieille qu’on s’éloigne de la dorsale. Si c'est
bien le cas, les sédiments devraient en témoigner par la présence
de sédiments déposés sur ce fond de plus en plus anciens en
s'éloignant de la dorsale .
Les âges des sédiments en contact avec le plancher
océanique (programme de forage sous-marins JOIDES)
confirment ces présupposés et confirment également les vitesses
déterminées par les autres techniques.
Avec l’utilisation des techniques de positionnement par satellites (GPS), à la fin du XXème
siècle, les mouvements horizontaux sont devenus directement observables et leurs vitesses ont été
confirmées. Le modèle construit à partir de ces données considérant que des plaques solides se
déplacent à la surface du globe est nommé modèle de la tectonique des plaques.
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Age des fonds océaniques de part et
d'autre de la dorsale Atlantique
Dépôts successifs de sédiments sur un fond océanique en expansion.
Anomalies magnétiques et age
des fonds océaniques.
Age des fonds océaniques et sédiments

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3.2 Un premier modèle global: des plaques en déplacement.
3.2.1 La nature des plaques
La différence d’altitude observée entre
continents et océans met en évidence la
différence de nature des roches qui les
constituent.
Les études pétrographiques permettent de
caractériser et de limiter deux grands types de croûtes
terrestres selon la nature des roches les constituant: une
croûte océanique essentiellement formée de basalte (1) en
surface et de gabbro (2) sous le basalte et une croûte
continentale constituée entre autres de granite (3). La
croûte repose sur le manteau, constitué de péridotite 4). 
3.2.2 L'épaisseur des plaques
La vitesse des ondes sismiques à différentes profondeurs
confirme les études pétrographiques et les complète. Elle permet de
se faire une idée de la nature des matériaux (basalte, granite …) et
de l'état de ces matériaux (liquide solide ductile).
En particulier les ondes S ne se propagent pas dans le liquide
et les ondes sont ralenties dans le ductile (visqueux). Les plaques
auraient l'épaisseur de la lithosphère (solide) et se déplaceraient sur
l'asthénosphère (ductile)  .
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L'épaisseur des
plaques
Distribution des altitudes à la
surface du globe
Structure de la Terre
en coupe
Différentes couches vers la
surface du globe

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3.2.3 Les limites des plaques
Les mouvements de plaques se traduisent par une
activité aux frontières de plaques (séismes, volcans,
montagnes). Inversement, la présence de signes d'activité est
donc généralement un marqueur de limite de plaque  .
3.2.4 Les mouvements des plaques
3.2.4.1 Le moteur du mouvement 
Depuis sa formation, l'intérieur de la Terre présente une
température élevée par rapport à son environnement. Des
échanges de chaleur ont donc lieu en permanence de la Terre
vers son environnement qui ont conduit à son
refroidissement.
Ce refroidissement a permis la formation d'une couche
rigide en surface, la lithosphère. Mais sa présence gène les
dégagements de chaleur.
Les zones de frontières de plaques sont des lignes où
s'effectuent préférentiellement les échanges de chaleur depuis
cette période. Le matériau chaud remonte sous les limites de
plaques puis s'écarte sur les côtés entraînant la plaque sus-
jacente. Une petite fraction du matériau chaud entre en fusion
et sort au niveau des dorsales.
3.2.4.2 Les différents types de déplacement des plaques.
Les plaques lithosphériques se
déplacent à la surface du globe. Elles
s'écartent dans certaines zones
(divergence), se rapprochent dans
d'autres zones (convergence) et enfin,
coulissent parfois latéralement l'une
contre l'autre (limite transformante,
coulissement) .
Les frontières de plaques
correspondent parfois avec les
bordures de continents (marges
continentales) mais ce n'est pas le cas le plus fréquent.
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Différents types de
frontières de plaques
Courbe d'évolution de la
température en profondeur
Les limites de plaques

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3.3 La tectonique des plaques au niveau des océans
3.3.1 La naissance d'une plaque océanique, les zones de rifting
Lorsque des remontées de chaleur ont lieu sous un continent, elles peuvent conduire à un
amincissement de la lithosphère continentale.
Cet amincissement peut être suivi d'une fracturation du continent avec formation de failles
normales (zone de rift continental) puis d'un écartement des 2 morceaux du continent lié aux
mouvements de matière sous la plaque (divergence).
Un magma d'origine asthénosphérique s'infiltre alors dans les
fractures de la zone du rift formant alors une nouvelle croûte océanique.
La bordure des continents ainsi séparés (marge continentale)
devient pour une courte durée une marge continentale active . Les 2
marges continentales sont alors séparées par une dorsale, zone où se
forme la nouvelle croûte océanique.
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Rift est Africain