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TP12-DE LA DERIVE DES CONTINENTS A L’EXPANSION OCEANIQUE-
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Grâce à l’étude de la propagation des ondes sismiques de volume P et S il est établi dès 1909, que l’enveloppe
la plus superficielle du globe, qualifiée de croûte, repose sur le manteau entièrement solide. Cette connaissance fut un
argument majeur contre la théorie de la dérive des continents formulée par Wegener en 1912.
Entre 1909 et 1936, l’étude des ondes sismiques libérées lors au niveau des foyers sismiques (= lieu de rupture
de roches en profondeur), permet de construire progressivement un modèle de structure interne de la Terre.
Ces études sismologiques mettent en évidence des discontinuités : surfaces qui séparent deux milieux aux
compositions chimiques différentes –comme la discontinuité du Moho qui sépare les croûtes du manteau, ou aux
propriétés physiques différentes, comme les discontinuités de Gutenberg et de Lehmann deux géophysiciens qui ont
contribué par leurs travaux respectifs à établir un modèle de structure du globe en couches concentriques qui reste
aujourd’hui pratiquement intact.
I-LES APPORTS DE LA SISMOLOGIE : CONSTRUCTION D’UN MODELE PLUS PRECIS DE LA STRUCTURE DU
GLOBE
Doc.1-La construction d’un modèle sismologique de la Terre le modèle PREM
L'analyse des variations de vitesse des ondes sismiques montre un net ralentissement des ondes Pet S entre 120
et 240 km de profondeur environ. Cette zone, appelée LVZ (Low Velocity Zone = zone à faible vitesse), marque la limite
inférieure de la lithosphère rigide et cassante (du grec lithos = pierre). La LVZ est interprétée comme une région où le
manteau devient ductile, c'est-à-dire plus déformable non cassant. Ce caractère ductile est la raison pour laquelle il n’y a
pas de foyers sismiques au dessous de la lithosphère.
La lithosphère peut donc se désolidariser du manteau sous-jacent, La LVZ permet ainsi des déplacements relatifs de
quelques centimètres par an de la lithosphère.
La croûte + la partie supérieure
du manteau = une zone rigide
Appelée lithosphère par les
géologues
La LVZ
Une zone ductile qui constitue
un « glissoir »
à la base de la lithosphère
L'olivine un des deux minéraux caractéristiques des
péridotites du manteau, est un silicate de fer et de magnésium.
Lorsqu'elle est soumise à des pressions et des températures
croissantes, sa structure cristalline subit des réarrangements qui
conduisent à des formes de plus dense. Ces changements de l'olivine
correspondent aux profondeurs auxquelles se repèrent de nombreuses
variations de vitesse des ondes sismiques. Cette zone solide mais
relativement ductile, est appelée asthénosphère (du gerc asthéno
= faible)
Vers 670 km /700Km, sous l’action de la pression, l'olivine acquiert
une structure particulière compacte et très rigide . C'est pour cela
que les géologues situent à ce niveau la discontinuité qui sépare la
l’asthénosphère du manteau inférieur.
Deux autres discontinuités :
-Celle de Gutenberg = interface entre le manteau inférieur (péridotite
solide) et le noyau externe (fer ayant le comportement d’un liquide)
-Celle de Lehmann = interface entre le noyau externe et la graine ou noyau
interne solide.
la LVZ débute l’asthénosphère
une zone du manteau
relativement ductile
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Le modèle de la dérive des continents de Wegener ayant été rejeté, de nouveaux constats en relation avec
l’évolution des techniques vont permettre de proposer de nouveaux concepts et de construire les bases du modèle qui sert
actuellement de cadre de raisonnement en géologie.
II- LA CONNAISSANCE DES RELIEFS MARINS ET L’HYPOTHESE D’UNE EXPANSION OCEANIQUE
Aide : piste d’exploitation
-Montrer comment la convergence des observations océanographiques (page2) avec les mesures de flux
thermique (page3 )a permis à Hess d’avancer l’hypothèse d’une expansion océanique par accrétion de matériau
remontant à l’axe des dorsales, conséquence d’une convection profonde.
Doc.2-En 1950 le premier navire de recherche océanographique (Le Vema) sillonne les océans et étudie la propagation des ondes
sismiques dans la croûte océanique. Grâce aux sonars inventés pendant la seconde guerre mondiale, on découvre la topographie
des fonds océaniques
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Doc.3 En 1952 : les premières mesures des flux géothermiques (chaleur dégagée à la surface de la Terre) montre que le flux
géothermique est très inégalement réparti et particulièrement élevé ou particulièrement bas au dessus de certains reliefs océaniques.
Ceci suggère l’existence d’inégalités thermiques dans le manteau d’où l’idée de mouvement dans la matière solide (remontées de
roches solides chaudes et descentes de roches froides ) qui va s’imposer peu à peu .
FLUX THERMIQUES REMARQUABLES AU NIVEAU DES DORSALES
MODELISATION THERMIQUE AU NIVEAU DES FOSSES OCEANIQUES
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Doc.3 En 1935, le sismologue japonais K. Wadati observe que des foyers sismiques profonds (jusqu’à -700 km) au
voisinage de la fosse du Japon se placent le long d’un plan incliné.
A l’époque, cette observation pose problème car, à la profondeur de ces séismes (correspondant au manteau), la
pression et la température devraient rendre les roches non cassantes. »
En 1949, le sismologue américain H.
Bénioff généralise les observations
de Wadati : il montre que les
tremblements de terre profonds sont
uniquement localisés en bordure des
océans, au niveau des fosses
océaniques, et confirme que leurs
foyers sont localisés selon un plan
incliné désormais appelé plan de
Wadati-Bénioff.
(J. Oliver et B. Isacks (1967) interprètent le plan de Benioff-Wadati comme étant la trace de la lithosphère océanique
retournant dans l’asthénosphère. Ces lieux de disparition de la lithosphère océanique seront appelés par la suite zones
de subduction)
Doc.4-En 1961 Harry Hess , professeur de géologie à l’Université de Princeton et ancien commandant de sous-marin , reprend l’idée
(déjà formulée par Arthur Holmes en 1926 mais rejetée voir Bilan 10) propose la théorie du double tapis roulant : le plancher
océanique se forme à la dorsale s’en écarte peu à peu et finit par se refroidir et plonger dans le manteau au niveau des fosses
océaniques. Les mouvements de convection dans le manteau seraient le moteur de ces processus.