Chapitre 15

Chapitre 16
La Terre planète active
Volcans, séismes, tectonique des plaques
X MAITRISE DES SAVOIRS DISCIPLINAIRES
ff Thème Volcans, séismes, tectonique des plaques
cf. fiches connaissances n° 22
ƒ Faire le point sur ses connaissances
Volcanisme et séismes sont des manifestations externes de l'activité interne de la planète terre.
Ces phénomènes trouvent dans la théorie de la tectonique des plaques quelques explications
sur leur origine.
Question 1
Qu’est-ce qu’un volcan ? Qu’est-ce que le volcanisme ?
Æ Un volcan est une faille par laquelle sont émis des produits solides de différentes tailles, des
produits plus ou moins liquides et des produits gazeux. Ces produits issus du magma et de la roche
préexistante fragmentée construisent les édifices volcaniques. L’aspect des édifices et les
caractéristiques des éruptions dépendent des propriétés de la lave, c’est-à-dire de sa composition
chimique.
Un volcan peut être en activité (volcans des Antilles : montagne Pelée à la Martinique, Soufrière en
Guadeloupe ; Piton de la Fournaise à La Réunion…) ou non (plus de mille volcans endormis ou
éteints sont localisés dans le Massif Central).
Le volcanisme est une manifestation visible et spectaculaire d’une activité profonde du globe
terrestre donnant naissance à des volcans de différents types.
Question 2
Donnez la définition d’un séisme.
Æ Un séisme ou tremblement de terre est une manifestation brutale et brève qui affecte la surface
terrestre et modifie plus ou moins les paysages.
Question 3
Donnez une explication de l’apparition de ces phénomènes en certains lieux de la Terre.
Æ Cf. Apports de connaissances, § 4 : La dynamique de la lithosphère : un modèle explicatif.
ƒ Apports théoriques
1. Volcans
1.1. Définition
Cf. Faire le point sur ses connaissances, question 1.
1.2. Différents types d’éruptions volcaniques
Les éruptions volcaniques sont caractérisées par l’arrivée d’un magma, matière minérale en fusion,
à la surface du globe, au niveau de fissures ou de cratères.
1
Il existe plusieurs types d’éruptions volcaniques, certaines explosives, d’autres effusives. La
différence tient à la nature du magma puis de la lave, elle-même fonction de sa composition
chimique. Plus la lave est riche en silice, plus elle est acide et visqueuse, et plus l’éruption est
explosive. A l’opposé, une lave pauvre en silice est fluide et s’écoule sans explosion.
Le tableau ci-dessous montre les corrélations que l’on peut établir entre les caractéristiques de la
lave, sa composition chimique, le type d’édifice volcanique et d’éruption.
Document 1
Différents types de volcanismes
2
1.3. Origine du magma et de la lave
L’intérieur du globe terrestre est constitué de matière solide jusqu’à 2 900 km. Il n’existe pas de
couche continue de magma. Le magma prend en général naissance dans le manteau supérieur
solide par fusion partielle et ponctuelle des roches qui le composent, lorsque les conditions
physico-chimiques locales (pression, température, eau…) sont adéquates. L’élévation de la
température avec la profondeur (3 degrés par 100 mètres) devrait entraîner la fusion des roches mais
la pression exerce un effet contraire. Entre 70 et 200 km de profondeur, les conditions sont telles
que ces roches surchauffées se dilatent, leur densité diminue ; elles ont donc tendance à remonter et
s’accumulent en formant des réservoirs plus ou moins profonds de magma.
A l’occasion d’une faille, ce magma
remonte et peut atteindre la surface,
il prend le nom de lave. Sa
température est comprise entre 700 °
et 1 200 °C. Les laves fluides sont
de nature andésitique, les laves
visqueuses de nature basaltique 1 .
En refroidissant la lave donne
naissance à des roches magmatiques
volcaniques.
Document 2
Origine de la lave
1
Cf. andésite et basalte dans le tableau du document 1.
3
1.4. Déclenchement d’une éruption volcanique
Plusieurs facteurs entrent en jeu dans le déclenchement d’une éruption volcanique.
A l’échelle locale, la présence de réservoirs superficiels, de fractures, d’eau, la nature du magma,
les gaz qu’il contient, les variations de pression et de température… participent au déclenchement
d’une éruption. L’augmentation de pression dans les réservoirs superficiels, due à une remontée de
magmas plus profonds, peut entraîner une rupture du toit de la chambre magmatique, une
dépressurisation et le passage des gaz de l’état dissous 2 à l’état gazeux, favorisant la remontée du
magma. Pour sortir, la lave doit vaincre la résistance des matériaux qui obstruent la faille, encore
appelée cheminée.
Une éruption volcanique est précédée de signes précurseurs, comme l’activité sismique, le
gonflement du volcan, qui sont l’expression des pressions s’exerçant dans les réservoirs superficiels.
Des bruits, des poussées de chaleur et des fumerolles sont également décelables.
A l’échelle du globe terrestre, les mouvements de convergence et de divergence des plaques sont
à l’origine des fractures et de la formation de magma (cf. Apports théoriques § 4).
2. Séismes
2.1. Définition
Cf. Faire le point sur ses connaissances, question 2.
2.2. Origine des ondes sismiques : rupture des roches en profondeur
Les mouvements brefs du sol qui caractérisent un séisme sont dus à l’arrivée d’ondes transmises
dans le globe terrestre à partir d’un point de rupture des roches appelé foyer. En profondeur en effet,
les roches subissent en permanence de fortes contraintes qui les déforment (mouvement de
convergence ou de divergence des terrains) et, au-delà d’un seuil de déformation, ces contraintes
entraînent des ruptures à l’origine d’ondes, de secousses, de formation de failles ou de remise en
mouvement de failles préexistantes. Un séisme est donc à la fois une rupture et un émetteur d’ondes.
Document 3
Origine d’un séisme
Le lieu de rupture de ces roches en profondeur est appelé le foyer du séisme
(situé en général dans la lithosphère).
Le lieu à la surface terrestre situé à la verticale du foyer est appelé épicentre.
2
Les gaz moins solubles à basse pression forment des bulles qui entraînent le magma vers la surface comme dans une
bouteille de champagne à l'ouverture.
4
2.3. Intensité et puissance d’un séisme
Les ondes sismiques entraînent des secousses plus ou moins perceptibles en surface et des dégâts
d’importance variable. Ce sont ces effets destructeurs qui ont servi à établir des échelles de
référence pour déterminer l’intensité d’un séisme. L’échelle M.S.K. 3 comprend douze degrés
depuis la secousse non perceptible humainement jusqu’à celle qui bouleverse la topographie du sol.
L’épicentre est le point de la surface du globe où l’intensité du séisme est la plus fortement
ressentie.
D’autres échelles plus objectives sont fondées sur l’enregistrement de ces ondes à l’aide d’appareils
de mesure (sismographes et sismomètres électroniques) situés dans de nombreuses stations
sismiques réparties à la surface de la terre. La comparaison de l’amplitude des vibrations
enregistrées donne la magnitude ou puissance d’un séisme, c'est-à-dire l’énergie libérée par le
séisme au niveau du foyer. L’étude des enregistrements ou sismogrammes montrent que trois types
d’ondes se propagent à des vitesses différentes : les ondes P ou ondes premières les plus rapides, les
ondes S ou ondes secondes et les ondes L plus lentes. La vitesse des ondes variant en fonction de la
nature et de la densité des roches traversées, l’analyse de leur propagation a permis aux
géophysiciens d’établir que la terre n’a pas une structure homogène et d’en donner un modèle en
couches concentriques (cf. Apports théoriques, document 2).
3. Localisation comparée des séismes et des volcans
3.1. Volcans et séismes sont localisés sensiblement dans les mêmes zones du globe
terrestre : les zones actives
Document 4
Répartition des séismes et du volcanisme à la surface du globe
3
Échelle la plus récente, établie en 1964 par trois sismologues européens, Medvedev, Sponheuer, Karnik.
5
Les manifestations externes de l’activité de la Terre ne sont pas réparties de façon aléatoire à la
surface du globe.
Les séismes sont essentiellement situés à l’aplomb des fosses océaniques, au niveau des chaînes de
montagnes et des dorsales océaniques 4 .
Le volcanisme continental (andésitique en Italie et en Inde, basaltique en Afrique de l’Est) et le
volcanisme de bordure de continents (andésitique) situé le long des fosses océaniques 5 (pourtour
du Pacifique, Antilles) se trouvent dans les mêmes zones géographiques que les séismes
continentaux et de bordures de continents.
Le volcanisme océanique (basaltique) localisé au large des océans se situe comme les séismes sousmarins au niveau de grandes lignes appelées dorsales.
3.2. Volcans et séismes sont situés aux frontières des plaques lithosphériques
Toutefois certains volcans ne se rattachent pas aux localisations précédentes. Ils sont isolés (Hawaï,
Cameroun…) au milieu d’une plaque océanique ou continentale et semblent prendre naissance à
l’aplomb d’une anomalie thermique profonde : on parle de volcanisme de point chaud.
Dorsales et fosses océaniques correspondent à des zones d’instabilité de la lithosphère, partie
superficielle de la Terre dont nous allons préciser la structure et le fonctionnement.
4. La dynamique de la lithosphère : un modèle explicatif
4.1. La lithosphère (cf. § 1.3, doc. 2)
C’est la partie externe de la Terre ; d’une épaisseur de 70 à 100 km, elle est formée de la croûte 6 et
de la partie supérieure du manteau 7 . La nature de la croûte et son épaisseur différencient la
lithosphère océanique (composition basaltique, 7 km) de la lithosphère continentale (composition
granitique, 30 km).
La lithosphère rigide repose sur l’asthénosphère moins rigide et déformable. Elle est découpée en
plaques qui se déplacent horizontalement les unes par rapport aux autres à une vitesse de un à
quelques centimètres par an.
4.2. La notion de plaque lithosphérique
Une plaque lithosphérique (formée d’une partie supérieure refroidie du manteau et d’une partie de
croûte océanique ou continentale) est une surface géologiquement peu active dont les bords aux
reliefs particuliers, chaînes de montagne plissées, dorsales, fosses, constituent les frontières actives
(volcans, séismes).
La surface du globe est découpée en douze plaques lithosphériques 8 d’inégale superficie et
épaisseur. Les unes sont constituées de lithosphère océanique et continentale, les autres de
lithosphère océanique. Il n’existe pas de plaque formée uniquement de lithosphère continentale. Ces
plaques sont en mouvement les unes par rapport aux autres : elles divergent au niveau des dorsales,
lieux où elles se forment ; elles convergent ailleurs.
4
Dorsale : relief des fonds océaniques formant une ligne continue orientée nord/sud dans l'Atlantique, contournant
l'Afrique puis remontant vers le Golfe Persique et bifurquant au sud de l'Australie avant de se diriger vers le nord-est
dans le Pacifique.
5
Fosse océanique : grande dépression d'une profondeur de 5 à 11 km, en bordure des continents.
6
Pour ce mot, voir Apports théoriques, document 2.
7
Idem.
8 Théorie mise au point par Jason Morgan en 1967.
6
4.3. Les mouvements des plaques
Les plaques se déplacent les unes par rapport aux autres. Les mouvements sont divergents,
convergents ou coulissants 9 . Le manteau solide est animé de mouvements de convection très lents,
avec des parties ascendantes et descendantes reliées par des courants latéraux. Le sens de ces
mouvements est lié à l’état thermique de la matière.
Ces mouvements peuvent s’expliquer par la libération de l’énergie interne du globe, liée à
l’existence d’éléments radioactifs, qui en se désintégrant produisent de la chaleur à l’origine des
courants de convection.
y Des zones d’expansion au niveau des dorsales, frontières de divergence
Au niveau des dorsales (dorsale située entre l’Europe, l’Afrique et l’Amérique) à l’endroit où deux
plaques s’écartent (divergence), du magma fluide et basique monte par cette fracture, s’écoule et se
solidifie lentement formant une nouvelle croûte océanique : on parle de «renouvellement du fond
océanique» ; sa superficie augmente au fur et à mesure de sa production : on parle d’ «expansion du
fond océanique». Il y a 200 Ma (Ma = millions d’années) il n’y avait pas de fond océanique entre
l’Afrique et l’Amérique du Sud, ces deux continents étaient soudés.
Cette nouvelle lithosphère se refroidit, s’épaissit et devient plus dense. Elle dérive de part et d’autre
de la dorsale en s’en éloignant.
Document 5
Expansion
et renouvellement
des fonds océaniques
9
Ce mouvement n’est pas développé dans ce chapitre (exemple de la faille de San Andreas en Californie).
7
La planète ayant un volume et une surface pratiquement invariables, si de la lithosphère océanique
est créée au niveau des dorsales, un volume équivalent doit disparaître ailleurs. C’est ce qui se
produit au niveau d’autres zones actives associées aux grandes fosses océaniques.
y Des zones de subduction au niveau des fosses, frontières de convergence
La nouvelle lithosphère océanique créée au niveau des dorsales s’en éloigne peu à peu repoussée par
de la croûte nouvelle en formation. Arrivée au niveau des fosses océaniques, la plaque océanique
converge vers une plaque continentale ; plus dense (basalte, d = 2,9), elle plonge sous le bord
continental de cette plaque moins dense (granite, d = 2,7), s’enfonce dans l’asthénosphère et
disparaît : on parle de subduction. Les frottements des plaques entraînent une fusion partielle des
roches, une remontée du magma et un volcanisme explosif, parfois des séismes.
y Des zones de collision, formation des montagnes, frontières de convergence
Les frontières de convergence ne se limitent pas aux zones de subduction de lithosphère océanique.
Elles sont aussi représentées par les zones de collision entre les lithosphères continentales de deux
plaques, conduisant à la formation d’une chaîne de montagne : l’exemple de l’Himalaya est donné
dans la partie « Pour s’entraîner », question 5.
Document 6
Subduction au niveau de la fosse andine
8
ff Quelques erreurs à éviter
Erreurs
Corrigé
La lave provient du centre de la
Terre.
Il y a une couche continue de
magma à l’intérieur de la Terre.
La lave provient du magma issu de la fusion
partielle du manteau supérieur dans certaines
conditions. Il n’y a pas de couche continue.
Les volcans sont provoqués par les
séismes ou inversement.
Volcans et séismes sont les conséquences de
la rencontre des plaques ou de leur
divergence.
Les volcans et les séismes sont
continentaux.
Volcans et séismes sont océaniques ou
continentaux.
Les dorsales sont des montagnes
plissées sous-marines.
Les dorsales sont des reliefs sous-marins non
plissées.
Les chaînes de montagnes sont des reliefs
plissés.
Une plaque est un continent.
Une plaque est une partie de lithosphère,
jamais uniquement continentale.
Les continents seuls se déplacent.
Toute la surface de la planète (continents et
océans) est animée de mouvements.
Les plaques flottent sur l’océan,
sur un magma.
Les plaques sont en mouvement sur
l’asthénosphère solide. Les mouvements sont
dus à des courants de convection.
Les océans ont toujours existé.
Les océans naissent au niveau d’un rift (fossé
d’effondrement) continental ; il y a d’abord
amincissement de la croûte continentale par
extension, puis rupture et formation de croûte
océanique entre les deux bords faillés de
l’ancien continent (exemple actuel de la Mer
Rouge).
9
ff Mise en réseau des mots clés
Plaques : lithosphère
Courants de convection dans l’asthénosphère (un des moteurs)
Désintégration des éléments radioactifs (énergieÆchaleur)
Mouvements des plaques
Ecartement ou divergence
Formation de la lithosphère
Rencontre ou convergence
Disparition de lithosphère
Rencontre entre le bord
continental d’une plaque et le
bord océanique d’une autre
plaque
Rencontre entre deux
bords continentaux
de plaques
Subduction
Collision
Séismes
Volcanisme
basaltique effusif
Reliefs non
plissés : dorsales
Volcanisme
andésitique explosif
Métamorphisme
Reliefs plissés :
chaînes de montagnes
10
ff Pour s’entraîner
Question 1
Quelle différence y a-t-il entre un volcan et une montagne ?
Æ Un volcan est une fracture de la lithosphère qui fait communiquer un réservoir magmatique avec
la surface du globe : il y a construction de roches nouvelles. Cf. Faire le point, question 1.
Une montagne est le résultat de déformations de roches existantes, accompagnant les phénomènes
de subduction et de collision. Les chaînes de montagne se forment le plus souvent aux frontières de
plaques convergentes. Elles résultent de mouvements latéraux de compression et de mouvements
verticaux. C’est un relief plissé.
Question 2
Un séisme est caractérisé par son intensité et sa puissance. Quelle différence y a-t-il entre ces
deux paramètres ? Comment peut-on les mesurer ?
Æ Cf. Apports théoriques § 2.
Question 3
Expliquez ce qu’est l’expansion des fonds océaniques, ou bien,
Comment le modèle de fonctionnement d’une dorsale explique-t-il l’éloignement de l’Amérique
du Nord et de l’Europe ?
Æ Cf. Apports théoriques § 4.
Question 4
D’après le document intitulé « Position de l’Inde et de l’Asie à deux périodes différentes »,
décrivez ce qui se passait il y a 60 Ma et 23 Ma entre l’Asie et l’Inde. (Ma = millions d’années).
Æ Le document représente la position de l'Inde par rapport à l'Asie à deux périodes différentes. Sur
le bloc-diagramme « - 60Ma », l'Inde appartient à la plaque indo-australienne dont la partie
océanique s'enfonce sous la partie continentale de la plaque asiatique : il s'agit d'un phénomène de
subduction. Sur le bloc-diagramme « - 23 Ma », la partie océanique située antérieurement au nord
de l’Inde a complètement disparu sous la plaque continentale de la plaque eurasienne, l’Inde est
entrée en contact avec l’Asie : il s’agit d’un phénomène de collision.
11
Question 5
En intégrant les mots proposés, rédigez un texte résumant la théorie de la tectonique des
plaques : plaques lithosphériques, énergie interne, mouvement de plaques, rencontre de
plaques, disparition, transformation de matériaux, subduction, collision, éloignement de
plaques, création de fond océanique, éruptions volcaniques, séismes, métamorphisme,
plissement.
Æ La partie supérieure du globe terrestre est un puzzle de plaques lithosphériques. L’énergie interne
du globe terrestre est responsable de leur mise en mouvement. La rencontre de deux plaques
entraîne la disparition et la transformation des matériaux les constituant (zone de subduction et de
collision). L’éloignement de deux plaques est associé à la formation de nouveaux matériaux (zones
de création de fond océanique). Au niveau de ces zones actives, l’énergie interne libérée est
considérable et se manifeste à la surface du globe de façon visible et rapide sous forme d’éruptions
volcaniques et de séismes. Elle se manifeste également de façon très lente non perceptible à
l’échelle humaine, au niveau des matériaux de la lithosphère qu’elle transforme et participe aux
phénomènes de métamorphisme et de plissement de la croûte terrestre.
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