PARTIE I B : la tectonique des plaques : l`histoire d`un modèle

Natacha JULIEN juin 2011
Problèmes / questions et « fil
conducteur »
PARTIE I B : la tectonique des plaques : l’histoire d’un modèle
Activités / supports / Compétences
Notions exigibles du bulletin officiel
Début du XXième siècle:
Chapitre 1 : début du XXième siècle : La
naissance de l’idée et les 1° études concrètes :
En quoi l’étude en surface peut-elle faire
naître l’idée d’une mobilité horizontale ?
I les 1° arguments en faveur d’une mobilité
horizontale : l’observation de la surface du
globe : 1910 et suivantes
L’observation de la surface : 1° séries
d’arguments en faveur d’une mobilité
horizontale
Au début du xxième les premières idées évoquant la
mobilité horizontale s’appuient sur quelques
constatations :
― la distribution bimodale des altitudes
(continents/océans) ;
― les tracés des côtes ;
― la distribution géographique des paléoclimats et
de certains fossiles.
Semaine 1
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 rejetée par l’ensemble de la
communauté scientifique.
II L’étude concrète de la surface pour essayer de
comprendre :
A la topographie
La différence d’altitude observée entre continents et
océans reflète un contraste géologique.
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B apports de la sismologie
C étude des roches à l’affleurement
Qu’ est-ce qui bouge ?
La 1° « couche »: croûte est formée de
2 grands types de roches qui
reposent chacune sur un même
ensemble : le manteau
Est-ce la croûte ou l’ensemble croûte
= manteau qui bouge ?
Semaine 2
Les études sismiques et pétrographiques permettent
de caractériser et de limiter deux grands types de
croûtes terrestres : une croûte océanique
essentiellement formée de basalte et de gabbro et
une croûte continentale constituée entre autres de
granite.
La croûte repose sur le manteau, constitué de
péridotite.
Bilan : 1° ébauche du modèle :
Croûte océanique / continentale
manteau
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Notions exigibles du bulletin officiel
Chapitre 2 : 1960 – 1970 : L’élaboration
d’un modèle 3D dynamique : 1° modèle
global
1960 :
I de nouvelles techniques de
radiographies du globe terrestre qui
apportent des informations importantes :
Qu’apportent au modèle les
nouvelles techniques de
« radiographie » du globe ?
Qu’est-ce qui permet de
conforter ces nouvelles
données du modèle ?
La tomographie et les données
thermiques permettent
d’élaborer un modèle en 3D
qui va être conforté par les
données magnétiques.
Vers un modèle de l’expansion
océanique
A la mesure du flux thermique et
l’observation des fonds sous-marins
Semaine 3
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.
B les apports du paléomagnétisme
La mise en évidence de bandes d’anomalies
magnétiques symétriques par rapport à l’axe
des dorsales océaniques, corrélables avec
les phénomènes d’inversion des pôles
magnétiques (connus depuis le début du
siècle) permet d’éprouver cette hypothèse et
de calculer des vitesses d’expansion.
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II Une étape clé : l’apport de l’étude de la
vitesse des ondes sismiques : elle
permet :
A la mise en évidence de la disparition
du plancher océanique
Au voisinage des fosses océaniques, la
distribution spatiale des foyers des séismes
en fonction de leur profondeur s’établit selon
un plan incliné.
La surface du globe étant constante,
cette expansion doit être compensée
par une disparition de matière, où ? Et
comment ?
Semaine 4
L’apport des données sismiques
vient:
- conforter ces prédictions
- préciser la structure interne de ce
qui « bouge »
Les différences de vitesse des ondes
sismiques qui se propagent le long de ce
plan, par rapport à celles qui s’en écartent,
permettent de distinguer : la lithosphère de
l’asthénosphère.
B la distinction lithosphère /
asthénosphère
L’interprétation de ces données sismiques
permet ainsi de montrer que la lithosphère
s’enfonce dans le manteau au niveau des
fosses dites de subduction.
La limite inférieure de la lithosphère
correspond généralement à l’isotherme 1
300 °C.
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III 1970 : la finalisation du modèle :
La Terre étant à peu près sphérique,
les mouvements de ces plaques
rigides doivent s’accompagner de
cassures spécifiques, quelles sontelles ?
Semaine 5
En quoi la découverte des points
chauds peut-elle conforter le modèle?
A la mise en évidence de failles
transformantes et la mise en évidence
définitive de 3 types de mvts horizontaux :
décrochants, convergents et divergents
A 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.
B Les alignements volcaniques : une
nouvelle preuve qui renforce la
« crédibilité » du modèle
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.
Bilan : 1°modèle global de la tectonique des
plaques
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Notions exigibles du bulletin officiel
Chapitre 3 : depuis les 70’s : vers un modèle plus
précis
I de nouvelles techniques d’exploration qui
renforcent le modèle précédent :
Les apports de la
sédimentologie: de nouvelles
preuves qui
A les observations révélées par les forages et leur
interprétation
- confortent le modèle de
l’expansion océanique
- permettent d’estimer les
vitesses d’expansion
Les outils modernes (GPS)
Semaine 6
Le modèle prévoit que la croûte océanique est d’autant
plus vieille qu’on s’éloigne de la dorsale. Les âges des
sédiments en contact avec le plancher océanique
(programme de forage sous-marins J.O.I.D.E.S.)
confirment cette prédiction et les vitesses prévues par le
modèle de la tectonique des plaques.
- confirment le modèle
B conséquences : 1° calculs de vitesse théoriques de
déplacements horizontaux des plaques lithosphériques
- permettent des calculs réels
de vitesse de déplacement des
plaques
Le modèle prévoit des vitesses de déplacements des
plaques (d’après le paléomagnétisme et les alignements
de volcans intraplaques).
C Confirmations par des techniques modernes :
calculs réels de v par GPS
Avec l’utilisation des techniques de positionnement par
satellites (GPS), à la fin du XXe siècle, les mvts des
plaques deviennent directement observables et leurs
vitesses sont confirmées.
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II L’évolution du modèle : explications des
phénomènes géologiques associés aux
mouvements horizontaux des plaques
Le modèle actuel :
Production/disparition de
lithosphère océanique
A la fabrication de matière au niveau des zones
divergentes
(pérennité de la lithosphère
continentale)
En permanence, de la lithosphère océanique est détruite
dans les zones de subduction et produite dans les
dorsales.
Comment la lithosphère océanique
est-elle fabriquée et mise en place
au niveau d’une dorsale ?
Semaine 7
La divergence des plaques de part et d’autre de la
dorsale permet la mise en place d’une lithosphère
nouvelle à partir de matériaux d’origine mantélique.
B la disparition de matière au niveau des zones de
subduction
Que se passe-t-il précisément au
niveau de la zone de subduction?
Dans les zones de subduction, les matériaux de la vieille
lithosphère océanique s’incorporent au manteau.
Voir TERMINALE S
Bilan : le modèle global actuel