Activité 6 - Pavot

Activité 6 : La découverte du concept de lithosphère – Correction
Situation-problème : On arrive au constat que le plancher océanique est en expansion. Le modèle
de Hess semble être vérifié : une croûte océanique générée au niveau des dorsales qui disparaîtrait
au niveau des fosses océaniques et un modèle en double tapis roulant. Cependant, on s'est par
ailleurs que la croûte océanique, formée de basaltes et de gabbros qui ont une composition chimique
voisine, est solide et a une épaisseur d'environ 10 km. Au-dessous, le manteau est entièrement
formé de péridotites, elles aussi à l'état solide. Cela semble incompatible avec le mobilisme
(déplacement et expansion océanique).
1 – Formuler le problème et une hypothèse par rapport au problème.
Réponse :
• Problème : Comment expliquer la possibilité de déplacer des couches solides les unes par
rapport aux autres ?
• Hypothèse : On recherche s'il existe, au sein du manteau, une discontinuité physique
permettant un déplacement horizontal (modèle du savon sur une planche).
2 – Afin de répondre au problème et de valider ou invalider l'hypothèse, exploiter l'ensemble des
documents 1 à 6. Pour cela, il vous sera demandé :
• De réaliser une coupe en profondeur à schématiser et à compléter au fur et à mesure.
• De rédiger une synthèse des informations tirées des documents.
Réponse :
• Doc 1 et 2 :
Suva
Fosse
des
Vava'u Tonga
Isotherme 1300°C
Croûte océanique
Plan de Wadati-Benioff
(répartition des séismes
selon un plan)
Zone fragile (lithosphère
cassante s'enfonçant dans
l'asthénosphère)
Zone ductile
(asthénosphère)
Dans l'océan, tous les séismes sont superficiels : on peut dès lors penser que la « couche »
superficielle de la Terre est cassante et que ce qui est en-dessous ne l'est pas (qui est donc ductile).
Au niveau de la fosse des Tonga, on observe des séismes de plus en plus profonds : ils se
répartissent suivant le plan de Wadati-Bénioff. Ceci suggère qu'à ce niveau, la « couche cassante »
s'enfonce profondément. On délimite verticalement une portion cassante que l'on appelle
« lithosphère » qui surmonte une portion ductile que l'on appelle « asthénosphère ».
• Doc 3 :
Résultats de l’enregistrement d’ondes
sismiques dans 2 stations situées à
égale distance de l’épicentre d’un
séisme à proximité de la fosse
océanique des îles Tonga dans le
Pacifique sud.
1
2
Comme J. Oliver, B. Isacks et L. Sykes
ont constaté que les ondes P
parviennent 2 secondes plus tôt à la
station Tonga qu’à la station Fidji
(Suva), et sachant que la vitesse des
ondes augmente avec la densité des
matériaux, on peut alors dire que le
rai sismique 2 traverse une zone plus
dense que le 1. Donc la zone fragile
(lithosphère cassante) qui est traversé
par le rai 2, est plus dense que les
roches autours (asthénosphère) contrairement au rai 1 qui traverse cette zone moins dense qu'est
l'asthénosphère.
• Doc 3 et 4 :
On constate que plus le matériau est chaud, plus la vitesse des ondes sismiques ralentie. Donc on
peut dire que les matériaux traversés sur le trajet du rai sismique 2 (croûte océaniques +
péridotite) sont plus froids que ceux traversés par le rai sismique 1. Ainsi la lithosphère est plus
froide et donc dense que l'asthénosphère.
• Doc 5 et 6 :
La lithosphère et l'asthénosphère sont séparés par la LVZ. Cette limite correspond au passage des
ondes dans une partie du globe moins rigide (asthénosphère = sphère sans force), on a donc une
perte de vitesse des ondes sismiques. Au niveau de la LVZ, le géotherme est proche du solidus des
péridotites (aux alentours de 1300°C), cette proximité engendre une très faible fusion qui suffit à
rendre les roches à cet endroit moins rigides. Voir figure ci-dessous :
Moho
LVZ (Low Velocity Zone)
=> ralentissement des
ondes sismiques