TP 4 Isostasie et dynamique de la lithosphère continen La caractérisation du domaine continental : lithosphère continentale, reliefs et épaisseur crustale (1-B-1) Problématique scientifique Mode opératoire Les anomalies gravimétriques mises en évidence par P. BOUGUER ont conduit plus tard à deux modèles différents illustrant l’équilibre entre lithosphère et asthénosphère (NB : entités inconnues à l’époque) : celui de PRATT (1854) et celui d’AIRY (1855). On réalise à l’aide de la maquette le montage qui correspond au modèle de PRATT. Le résultat est représenté par un schéma légendé et commenté. Avant le TP La maquette est notamment composée de plots de couleur jaune de masse identique (55 g environ). Chaque plot comprend deux parties creuses qui coulissent : on peut ainsi « étirer » un plot sans changer sa masse, on fait alors varier la masse volumique (ρ) du plot. Dans la première moitié du XVIIIe siècle, le géophysicien Pierre BOUGUER (1698 – 1758) constate que l’intensité de la pesanteur qu’il mesure dans les zones de montagnes est inférieure à la valeur théorique calculée pour ce genre de région. Cette différence a été qualifiée d’anomalie de Bouguer négative. Elle conduit à l’idée que dans les zones montagneuses, le relief, qui constitue un excédent de masse, serait compensé en profondeur par un déficit de masse. Cette compensation permettrait aux roches de la surface terrestre de reposer en équilibre sur des roches plus profondes. Comment représenter cet équilibre à l’aide d’un modèle ? Exemple de résultat (les plots utilisés ont la même masse mais ont été plus ou moins « étirés »). Pendant le TP Exemple de consigne donnée aux élèves : Utilisez le matériel fourni pour réaliser, à partir des informations ci-dessous, le montage illustrant le modèle formulé par PRATT. Le montage conçu sera représenté par un schéma (ou une photographie) légendé(e) et commenté(e). Informations à exploiter : L’isostasie implique qu’au-dessus d'une certaine profondeur, appelée surface de compensation, la masse des roches superficielles est partout la même quelle que soit l'altitude des reliefs. En dessous du niveau de compensation, il n'y a pas de variations significatives de densité. Le modèle de PRATT (1854) suggère que les montagnes sont composées de matériaux plus légers que celui des plaines (ou des océans), ce qui explique le déficit d'attraction. Le modèle suppose qu’au-dessus d’un certain niveau uniforme, les variations d’altitude s’expliquent par des variations latérales de masse volumique. Plus cette dernière est grande, plus la hauteur du relief est faible et inversement. • 28 28.indd 28 28/08/12 11:05 TS tinentale – Le modèle de PRATT Résultats et exploitations Le modèle de PRATT prévoit l’existence, en profondeur, d’une surface de compensation horizontale. Les roches superficielles terrestres (« plots jaunes »), organisées en colonnes, n’auraient alors pas toutes la même densité : celles au cœur du relief seraient moins denses que celles situées en plaine. Elles reposeraient toutes sur des roches plus denses en profondeur (« mousse noire »). Réfé- Matériel nécessaire En poussant la réflexion plus loin, on peut illustrer le modèle formulé par AIRY et le confronter à celui de PRATT. Les roches superficielles (représentées par des plots jaunes) ont toutes la même densité et reposent sur des roches plus denses (représentées par des plots rouges, plus lourds). Seul le modèle d’AIRY envisage une racine profonde située sous le relief positif d’une chaîne de montagnes. En résumé Au relief positif qu'est la chaîne de montagnes, répond, en profondeur, une importante racine crustale. Le modèle de PRATT le Modèle de l’isostasie sur mousse Balance élève économique 200g / 0,1g BL-202 Réf. 507 059 Réf. 701 059 Retrouvez le TP sur www.jeulin.fr ne rend pas compte de cela, contrairement au modèle d’AIRY. TP de Sciences de la Terre Pour aller plus loin La maquette peut être à nouveau utilisée dans le cadre d’autres notions dont voici quelques suggestions : - La disparition des reliefs par érosion se traduit par une remontée de la racine de la chaîne de montagnes (Thème 1-B-4 - La disparition des reliefs). Cet aspect peut aussi être traité dans la cadre du rebond post-glaciaire observé en Scandinavie actuellement : - Les dorsales constituent des zones de fort flux thermique, grâce à la présence du manteau de l’asthénosphère près de la surface (décompression adiabatique). Ce phénomène s’observe aussi dans les zones de rift (Thème 2 - Enjeux planétaires contemporains / Thème 2-A - Géothermie et propriétés thermiques de la Terre) et permet la fusion partielle des péridotites de l’asthénosphère par décompression adiabatique du manteau. Trucs et astuces Afin de réaliser aisément un schéma légendé à l’échelle du montage réalisé, on peut placer un transparent sur une des façades de la maquette et dessiner dessus à l’aide de feutres adaptés. 29 • 28.indd 29 28/08/12 11:05