Tectonique J-P Geslin

Vos élèves se sont posé
les questions suivantes :
- Comment se forment les
océans et les chaînes de
montagnes ?
- Quelles sont les causes
des tremblements de terre ?
- Pourquoi les volcans ?
Vos élèves vous ont affirmé,
à la suite de leurs lectures,
que les continents n’avaient
pas toujours occupé la
même place.
... Vous désirez les aider
dans leur recherche et
vous informer sur les théories
actuelles concernant ces
grands domaines de la
recherche.
Ce polycopié a pour but de
vous fournir quelques
éléments de réponses.
"Tranche de Terre".
Sciences de la vie et de la Terre.
Géologie 4ème . Collection Périlleux. 1998.
JEAN-PIERRE GESLIN
Professeur de Biologie-Géologie à l’Institut Universitaire de
Formation des Maîtres du Bourget.
1981-2003. Ce sujet est à aborder au C.M.2. Il était inclus dans les programmes de 1995 :
"Le ciel et la Terre : séismes et éruptions volcaniques" et dans les programmes de 2002 :
« Manifestations de l’activité de la Terre (volcans, séismes) ».
"DERIVE DES CONTINENTS"
OU MIEUX : "TECTONIQUE DES PLAQUES"
I - LA DERIVE DES CONTINENTS :
Cette théorie est due à un chercheur allemand né à Berlin en 1880 : Alfred
WEGENER. Ce chercheur avait une formation d’astronome et de météorologiste mais
ne possédait aucun diplôme de géologie. Il formula sa théorie en 1912 (par le biais de 2
articles) et la publia en 1915 (dans "L'origine des continents et des océans"). Il est mort
en 1930 au cours d'une expédition au Groenland.
A) Les idées à la base de la théorie :
Wegener remarque :
1) qu’il y a complémentarité de forme entre les côtes américaines et africaines ou plus
exactement entre les bordures de leurs plates-formes (-200 mètres). Il n’était pas le
premier : dès 1620, le philosophe Francis Bacon s’était aperçu que les contours de
l’Afrique et de l’Amérique du Sud se ressemblaient étrangement.
2) qu’il y a ressemblance et même identité de nombreux groupes d’animaux et
végétaux fossiles entre ces deux continents (cf. le petit reptile d’eau douce fossile
MESOSAURUS qui date de la fin du primaire = paléozoïque et que l’on trouve à la fois
au Brésil + Argentine et en Afrique du Sud). Il ne faisait là encore que reprendre des
travaux antérieurs.
On note une similitude des roches et des
fossiles en Amérique du Sud et en Afrique.
Le mésosaure, un reptile aquatique, vivait au
permien (fin de l'ère primaire) entre -295 et 245 millions d'années).
Doc. extrait de "Sciences de la vie et de la Terre", option
géologie par Bridier, Clisson, Hyon, Le Bellégard, Margerie,
Villermet et Hervé. Editions Hatier 1998.
Les formes des côtes de l'Afrique et de l'Amérique
du Sud s'emboîtent et des chaînes précambriennes
(datées de plus de 2 milliards d'années) s'y
prolongent…
d'où l'idée que les continents actuels proviennent
de la fracturation d'un continent unique.
B) La théorie :
Wegener reprend l’idée du naturaliste allemand Alexandre Von Humboldt : l’Afrique et
l’Amérique ont peut-être été attachées comme les 2 pièces d’un puzzle.
Il retient également une notion établie (entre autres) par le géologue viennois Eduard Suess
(1909) : la croûte terrestre est formée de 2 parties : le "SIAL" (silice + aluminium) et de
"SIMA" (silice + magnésium). Les continents formés de SIAL reposent sur le SIMA.
«Au départ» aurait existé une croûte terrestre formée essentiellement de silice et
d’aluminium («croûte sialique») formant un continent unique qu'il nomme "la PANGEA"
(d’un mot grec signifiant terre unique).
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
2
Cette Pangea flottait tel un radeau sur le «SIMA» (Silice +
Magnésium) plus dense et était entourée d’un océan
unique dont le fond était constitué essentiellement de
«SIMA».
Il y aurait eu rupture de la Pangea puis déplacement
latéral.
Avant Wegener, les géologues pensaient que les
seuls déplacements possibles pour les continents
étaient des déplacements verticaux. Dans l'hypothèse
de Wegener, les continents se déplacent latéralement…
Terre vue en coupe
(telle qu'on la concevait à
l'époque de Wegener).
* Après la rupture, les morceaux auraient ensuite subi une translation liée à la rotation
de la terre et aux marées Ü naissance des continents actuels.
* Le SIMA pacifique aurait opposé une résistance à la progression Ü apparition des
Rocheuses et des Andes («effet de proue»).
* Certains fragments se seraient heurtés Ü formation de chaînes de montagnes
comme l'Himalaya.
Le dessin animé "Ordi" : "La dérive des continents" relate la vie (romancée) de Wegener.
"La dérive des continents : "Histoire d'une séparation".
Illustration extraite du livre : "La Terre, planète vivante" de Maurice Krafft.
Critique de la théorie de Wegener :
- La théorie resta cantonnée en Allemagne jusqu'en 1924 (date de sa traduction). Elle
séduisit certains chercheurs (en particuliers les géophysiciens) mais provoqua aussi
«des levées de boucliers» (en particulier des géographes).
- Harold Jeffreys montra par le calcul que le moteur du mouvement des continents
invoqué par Wegener ne pouvait convenir.
- D’autres chercheurs insistèrent sur le fait que Wegener n’expliquait pas les raisons de
la rupture de la Pangea.
La théorie de Wegener fut abandonnée jusqu’en 1960 même si le fait de réfuter «le
moteur» de Wegener ne prouvait pas que sa théorie était erronée. Wegener, jusqu’à sa
mort en 1930, chercha d’ailleurs peu à convaincre ses collègues afin de défendre sa
théorie.
On sait aujourd'hui que ce ne sont pas les continents eux-mêmes qui
dérivent ("dérive des continents" ) mais qu'ils sont transportés, comme
des passagers, par des plaques rigides (on préfère en conséquence parler
de "tectonique des plaques").
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
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II - LA TECTONIQUE DES PLAQUES :
La tectonique (du grec «art de construire») est la science qui étudie les dislocations et les
déformations subies par les roches constitutives de l’écorce terrestre postérieurement à leur
formation.
On appelle plaque un secteur de la lithosphère qui est indéformable sauf le long de sa bordure
( lithosphère = croûte continentale ou océanique + manteau supérieur).
L’objectif peut être de faire découvrir aux élèves :
- Les limites des 6 grandes plaques constituant la lithosphère.
- Les mécanismes qui provoquent l’écartement des continents.
- Les conséquences de ces écartements (séismes, volcanisme, formation des chaînes de
montagnes).
A) Les chaînes sous-marines :
- On partira si possible d’une carte mondiale bathymétrique. On observe que dans l’axe de
l’océan atlantique il existe des hauts-fonds. On tracera à la craie sur la carte les prolongements
des hauts-fonds dans les divers océans à on aboutit ainsi à une délimitation partielle des 6
grandes plaques.
- A quoi correspondent ces hauts-fonds ?
On présentera une carte du fond des océans (voir ci contre) d’ailleurs utilisable d’emblée
en l’absence de carte
bathymétrique.
Au sein des océans
existe une formidable
chaîne de montagnes
de presque 70 000 km
de long et dont la
largeur varie de 1000 à
3000 km. Cette chaîne
est marquée par de
nombreuses
failles
"transformantes" ( =
cassures transversales)
qui décalent chaque
tronçon par rapport à
son voisin. La chaîne
s’élève entre 1500 m et
3000 mètres au-dessus
des plaines abyssales
dont la profondeur se
situe en moyenne entre
4000 et 5000 mètres.
Cette chaîne nommée
DORSALE
OCEANIQUE
couvre une surface de
150 000 000 de km 2 soit
une surface équivalente
à celle des continents.
Si cette dorsale océanique a été longtemps
ignorée c’est parce que
Carte du fond des océans.
la profondeur moyenne
de sa crête se situe entre 2000 et 3000 mètres sous la surface des océans et parce qu’elle
n’émerge que rarement.
L’Islande, l’Archipel des Acores, Tristan da Cunha, le triangle des Afars en Ethiopie
correspondent à des zones émergées de cette chaîne.
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
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B) Observations au niveau d'îles localisées sur l'axe des dorsales : ex. l'Islande.
L'Islande (103 000 km 2, 300 km X
500 km) présente une altitude
moyenne de 500 mètres au dessus
du niveau de la mer et son point
culminant ( le Hvannadalshnukur)
se situe à 2119m.
"Islande" signifie "Terre de glace"
mais c'est aussi une "Terre de feu"
l'île
subissant
une
éruption
volcanique en moyenne tous les 5
ou 6 ans.
Voir la diapositive présentant
l'éruption des îles Vestmann (et en
particulier la plus grande : l'île
Heimaey). De janvier à juin 1973,
une ville de 5000 habitants,
localisée sur cette île, a été
recouverte de 2 millions de tonnes
de débris. Elle a dû être reconstruite.
Le plus connu des volcans d'Islande : le volcan Krafla.
Cliché Krafft/Images et Volcans/Hoa Qui.
On note la présence de geysers (cf. le "Grand Geysir" qui peut faire jaillir une colonne d'eau de
65 mètres de haut et d'où provient le terme "geyser"), de lacs volcaniques, de solfatares
(sources de vapeurs d'eau et d'hydrogène sulfuré) et de très nombreuses sources thermales.
Carte de l'Islande.
Carte extraite de "Textes et documents pour la classe" n° 245 du 10/06/1980
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
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C) Informations obtenues par sonars et bathyscaphes :
L’observation de cette chaîne par
bathyscaphes : "Alvin" américain,
"Archimède", "Cyana" et "Nautile"
français… ont montré :
1 - qu’au niveau de la crête existe une
vallée axiale de 20 à 50 km de large,
profonde de 1000 à 2000 mètres limitée
par de grands «murs» verticaux ; c’est le
RIFT (voir schéma page 9).
2 - la dorsale océanique est pourvue
d’innombrables fractures transversales
qui la décalent en autant de tronçons.
3 - la nature lithologique (de lithos =
pierre) diffère de celle des montagnes
terrestres. On sait que les montagnes
Le "Nautile" est un bathyscaphe français mis en service en
telles le Jura, les Alpes ou les Pyrénées
1985.
Il peut descendre, avec 3 hommes à bord, jusqu'à 6000
sont formées de roches sédimentaires
mètres de profondeur. Il possède un bras télécommandé
plissées. De telles roches sédimentaires
permettant d'effectuer des prélèvements.
ne s’observent pas au niveau des
Cliché Edinger/ Gamma.
dorsales océaniques… on ne trouve
qu’une lave solidifiée : le BASALTE,
roche connue sur les continents car elle est aussi rejetée par les volcans.
Quand on s’éloigne de la crête de la dorsale, le basalte se recouvre d’une très mince couche de
roches sédimentaires qui s’épaissit peu à peu. Cette couche est non plissée (différence
importante avec les montagnes terrestres).
D) Quelle est l’origine des basaltes observés au niveau des dorsales ?
Hypothèse : l’axe des dorsales ou rift est le siège d’éruptions volcaniques entraînant une
émission de basalte.
Informations fournies par les photos sous-marines :
- On n’observe pas de projections telles celles émises par de nombreux volcans terrestres : il
n’y a pas de sortie au niveau du rift de
bombes volcaniques, de lapillis (projections volcaniques dont la taille est
comprise entre 32 et 4 mm) ou de cendres
(projections volcaniques dont la taille est
inférieure à 4 mm)
è pas de cônes volcaniques.
Ceci a priori pourrait conduire à nier
l’existence d’éruptions volcaniques au
niveau des rifts mais le calcul montre que
la pression due à l’eau empêcherait, dans
le cas de telles éruptions sous-marines,
l’apparition de projections (la pression de
l'eau empêche la libération des gaz
contenus dans la lave). L'activité
volcanique est localisée dans une zone
étroite de l'ordre de 2 km de large.
Source d'eau noire à plus de 350 °C photographiée par le
submersible américain Alvin dans le Pacifique.
- On note la présence de geysers sous L'hydrothermalisme
des grands fonds a été mis en
marins.
évidence en 1978.
* Certains appelé "fumeurs noirs"
Cf. "La Recherche" n° 117 de décembre 1980.
propulsent une eau de couleur noirâtre
(dont la température peut dépasser 350°c)
sur quelques dizaines de mètres de hauteur. Cette eau est riche en sulfures et peu oxygénée.
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
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* D'autres : les "fumeurs blancs" émettent une eau + diluée et + oxygénée, de 150 à 250°C…
Chacun sait que les geysers se rencontrent dans les régions volcaniques.
Au voisinage de ces sources d'eau chaude, on observe de véritables oasis de vie :
* Des bactéries vivant au voisinage de ces sources hydrothermales, très abondantes, sont soit libres
dans l'eau de mer, soit fixées sur des supports, soit vivent en symbiose avec des animaux divers. Elles
oxydent les sulfures en soufre ou en sulfates : H2 S + ½ O2 → S ⇓ + H2 O + énergie
L'énergie récupérée leur permet de faire la synthèse de leurs matières organiques à partir du gaz
carbonique contenu dans l'eau de mer.
* Des vers du genre Riftia et des "vers de Pompéi".
* Des moules de grandes tailles (Calyptogena et Bathymodiolus) + des crabes et des poulpes.
Document (modifié) extrait de "Biologie-Géologie" 1 ère S.
Collection Tavernier. Editions Bordas1988.
- Le fond de l’océan au niveau des dorsales
apparaît formé de coussins de basalte de 1
mètre de diamètre environ. Les études et films
ont montré que ces coussins (en anglais
«Pillow-lavas») sont dus au fait que le
magma, lorsqu’il fait éruption à une
température de 1200° C, est instantanément
vitrifié sur une épaisseur de 2 cm par l’eau
glaciale à 2 °C.
_ Il existe bien des phénomènes volcaniques
au niveau des rifts. Il ne s’agit pas ici
d’éruptions ponctuelles conduisant à la
formation de cônes tels ceux de la chaîne des
Puys dans le Massif Central mais d’éruptions
fissurales : la lave remonte par une
gigantesque fissure localisée au niveau du rift,
cette lave très fluide donne un basalte.
Pillow- lavas = laves en coussins.
Cliché Vemanaut/IFREMER.
E) L’hypothèse de HESS :
Au début des années 1960 le géologue américain Harry Hess émit l’hypothèse que la dorsale
était le siège d’une remontée permanente de magma de nature basaltique.
Ce basalte (dit tholéiitique car il contient une grande quantité de silice) créerait sans cesse de la
croûte océanique à raison de quelques centimètres par an.
Cette création de croûte océanique serait le moteur de l’écartement des plaques.
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
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Que penser de l’hypothèse de Hess ?
a) On dispose de méthodes permettant de dater des roches telles les basaltes. Certains
des minéraux des basaltes sont en effet radioactifs. L’étude de la désintégration
radioactive de ces minéraux a montré que les basaltes océaniques sont d’autant plus
âgés que l’on s’éloigne de l’axe des dorsales.
Tavernier et Lizeaux : "Sciences de la vie et de la Terre", classe de 4 ème. Editions Bordas 1998.
b) Les sédiments non plissés sur les basaltes sont, nous l’avons vu, d’autant plus épais
que l’on s’éloigne des dorsales.
c) Lorsqu’une lave qui sera à l’origine d’un basalte coule, les cristaux de magnétite
qu’elle contient s’orientent tous selon le champ magnétique. Actuellement le pôle Nord
magnétique se situe du même côté de l’équateur que le pôle Nord géographique, ces
deux pôles forment un angle de 6° à Paris.
L’étude de l’orientation des cristaux de magnétite a montré que le pôle magnétique
avait changé au cours des temps (étude du paléomagnétisme) et surtout que les
basaltes situés à égale distance de part et d’autre des dorsales ont enregistré les
mêmes variations de champ magnétique terrestre.
F) Origine du magma :
L'intérieur du globe terrestre est
essentiellement constitué de matière
solide. Le magma provient, entre 70 et
200
km
de
profondeur
(dont
principalement de l'asthénosphère), de
la fusion locale d'une roche : la péridotite
normalement à l'état solide. Ce magma
remonte ensuite vers la surface.
La croûte est essentiellement formée de
granite en zone continentale et de basalte en
zone océanique.
Le manteau supérieur et l'asthénosphère sont
constitués d'une même roche : la péridotite.
La péridotite est composée d'une amphibole :
la hornblende, de pyroxène + d'olivine.
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
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CONCLUSION :
Les dorsales océaniques sont de titanesques usines à fabriquer de la croûte océanique.
Elles constituent le moteur de l’écartement des plaques.
Document extrait de "Biologie-Géologie" 1 ère S.. Collection Tavernier. Editions Bordas1988.
On voit que selon la théorie de la dérive des continents seuls les continents se
déplaçaient. Selon la tectonique des plaques c’est l’ensemble constitué par le continent
(plus la partie appelée manteau supérieur) qui dérivent.
On sait, grâce à des satellites, mesurer la distance qui sépare 2 stations, à au 1/10ème de
cm près ! On sait ainsi que l'expansion est de 1,5 cm par an dans l'Atlantique (dorsale
lente) mais est de 6 à 18 cm par an dans le Pacifique (dorsale rapide).
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
9
III - LES CONSEQUENCES DE LA TECTONIQUE DES PLAQUES :
Si de la croûte océanique se crée en permanence au niveau des rifts (le calcul donne
3,15 km2 par an) cela implique :
H1 - soit que la terre est en expansion.
H2 - soit qu’il existe des régions où une quantité de lithosphère égale à celle qui
se crée disparaît (cf. les tapis roulants du métro).
Le fait que l’on ne connaisse pas de croûte océanique datée de plus de 180 millions
d’années par les méthodes radioactives conduit à penser qu’il faut «approfondir» H2 (la
terre aurait un âge de 4,5 milliards d’années).
A) S’il existe des zones où de la croûte disparaît comment les localiser ?
On peut penser que le déplacement des plaques fait qu’elles finissent par se heurter et
que dans certains cas l’une s’enfonce sous l’autre (on parle alors de zone de
SUBDUCTION). De tels chocs et de tels frottements pourraient engendrer des
tremblements de terre ou séismes. La localisation des séismes devrait donc permettre
de localiser les rencontres des plaques.
B) Que se passe-t-il lorsque deux plaques se rencontrent ?
Il arrive que les plaques coulissent l'une contre l'autre (cf. faille de San Andreas) ou
qu'une plaque océanique vienne chevaucher un continent (c'est l'obduction) mais nous
envisagerons d'abord la situation la plus fréquente celle où la plaque océanique
passe sous la plaque
continentale. Les étapes successives, séparées par des
dizaines de millions d’années,
sont présentées ci-dessous.
1) La plaque océanique,
passe sous la plaque
continentale :
On dit qu’il y a subduction et
que cette subduction s’effectue selon un plan : le plan
de Benioff. Il s’ensuit :
a) - l’apparition d’un bassin
marginal à fond mobile où s’
accumulent d’énormes quantités de sédiments.
Ultérieurement du fait de la
compression il y aura plissement des sédiments Æ apparition d’une chaîne de montagne dite géosynclinale (ex.
Extrait de "Biologie, Géologie, 1ère S. Collection Calamand. Auteurs :
Alpes Occidentales, Andes...)
Calamand, Arrighi, Benichou, Faure, Gauthier, Monier, Moreau, Msihid,
b) - l’apparition "en arrière"
Paba, Pilot, Rossi. Editions Hachette 1993.
de ce bassin (c’est-à-dire en
position plus éloignée du continent) d’une fosse océanique.
c) - l’apparition de séismes liés à l’enfoncement de la plaque.
d) - l’apparition dans le bassin marginal de volcans de type explosif (voir schémas
ci-dessus et page 12 ) émettant non pas une lave "basaltique" mais une lave dite
"andésitique" qui forme des coulées courtes et qui en se solidifiant donnera une
"andésite". Ce volcanisme est lié à la fonte partielle de la plaque plongeante.
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
10
e)- Les deux continents viennent se heurter :
Lorsque deux continents se rencontrent les chercheurs pensent que la subduction se
trouve bloquée car :
... la densité des continents est inférieure à celle des plaques océaniques et à celle du
manteau supérieur et de l’asthénosphère a ils ne peuvent s’enfoncer.
Ce qui précède est confirmé par le fait que la datation des roches continentales a permis de
montrer que certaines avaient un âge de 3,8 milliards d’années alors que l’âge maximum
des basaltes océaniques se situe aux alentours de 180 millions d’années.
- Il y a compression des deux continents et par voie de conséquence apparition d’une
chaîne de montagnes dite intracratonique ou encore bicontinentale.
C’est le cas de l’Himalaya (résultat de la collision de l’Inde avec l’Eurasie).
Il y a 123 millions d'années, l'Afrique, Madagascar, l'Inde, l'Australie et l'Antarctique
formaient un continent unique. L'Inde s'est séparée de l'Afrique il y a 93 millions d'années
et, après un parcourt de 5000 km à raison de presque 10 cm par an, a heurté l'Asie il y a 53
millions d'années. Elle s'y est enfoncé de 2000 km mais plus lentement (4 à 6 cm par an) et
le phénomène se poursuit encore actuellement.
L'Himalaya (plus de 8000 mètres) et le plateau tibétain (altitude moyenne de 5000
mètres… supérieure à celle des plus hauts sommets d'Europe) sont le résultat de la collision
de la plaque indienne et de la plaque eurasiatique.
Document extrait de "Sciences de la vie et de la Terre", classe de 4 ème.
Collection Michel Le Bellégard. Editions Hatier. 1998.
Voir le film "La planète miracle", émission scientifique en 12 parties de la chaîne nationale japonaise NHK. Vous pouvez emprunter au CDDP
l'émission n° 5 qui traite de "La naissance des grandes chaînes de montagne : Himalaya et Alpes" et qui montre que seule notre planète "Terre"
est siège d'une tectonique des plaques dans notre système solaire.
Cette émission démontre clairement que la chaîne de l'Himalaya correspond au
plancher océanique d'un océan aujourd'hui disparu et qui se situait entre l'Inde et
l'Asie. La présence de fossiles marins (ammonites et belemnites) à haute altitude en
constitue une preuve fort démonstrative.
- l’absence de subduction au niveau des deux continents qui se rencontrent fait :
* qu’il n’apparaît pas de séismes profonds
* qu’une autre zone de subduction apparaît ailleurs et prend le relais.
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
11
Ce qui précède est résumé dans les trois schémas suivants :
Sur le schéma 2, on voit que le continent situé à droite résiste à la subduction (du fait de sa
faible densité par rapport aux zones plus profondes). Il se comporte comme un bouchon que
l'on tente d'enfoncer dans l'eau. Les 2 continents en contact se suturent alors.
C'est par un mécanisme similaire que l'Europe et la Sibérie se sont soudées au niveau de
l'Oural il y a 250 millions d'années.
Pour les "OPHIOLITES : voir page suivante…
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
Jean-Pierre Geslin
12
2) …quand les 2 plaques frottent l'une contre l'autre :
C'est le cas de la faille de San Andreas en Californie. Cette faille dite "transformante" est la
zone de contact entre la plaque Pacifique et la plaque nord Américaine.
3) …quand la plaque océanique passe sur la plaque continentale : les ophiolites…
Ca et la, à l'intérieur des montagnes (du primaire
au tertiaire), on rencontre des masses de roches
vert noirâtre ou vert jaunâtre : les ophiolites ou
mieux les complexes ophiolitiques. Ces complexes ont couramment une épaisseur de 10 km.
Les ophiolites sont constituées à leur sommet sur quelques
100 aines de mètres à 2 km d'épaisseur de basaltes "en
coussins" (densité 2, 9) identiques à ceux que l'on trouve au
fond des océans. Ils sont recouverts de roches
sédimentaires caractéristiques des dépôts océaniques de
grande profondeur : les radiolarites (accumulation du
squelette siliceux d'organismes unicellulaires : les
radiolaires). La base des ophiolites est, elle, constituée de
roches riches en fer et en magnésium : les péridotites
(densité 3,4) qui sont le constituant du manteau supérieur.
"Ophiolite" vient de "ophis" = "serpent" en
raison de l'abondance d'un minéral appelé
serpentine… car son aspect évoque une
peau de serpent.
La serpentine correspond à un silicate
d'alumine hydraté.
Æ Les ophiolites correspondent donc à de la
lithosphè re d'un océan disparu.
Remarque : intercalés et situés au-dessus des péridotites,
on trouve du bas vers le haut, formés dans une immense
chambre magmatique située sous le rift :
3 modèles d'obduction.
* des cumulats magmatiques de cristaux d'olivine
* recouverts de gabbros ayant lentement cristallisé en
Extrait de "Les ophiolites ou la recherche des océans
perdus" par Claude Allegre. Bibliothèque de "Pour la
profondeur
Science".
* et surmonté d'une couche de filons de basalte verticaux
± parallèles de quelques 10 aines de m à plus de 1500 m,
correspondant à la remontée du magma qui a alimenté les laves en coussins.
"Normalement" le destin de toute plaque océanique est de plonger sous une plaque continentale de densité plus
faible (densité 2, 7) et de finalement disparaître. Puisque l'on trouve des ophiolites sur les continents, on est amené
à penser qu'il arrive parfois que la plaque océanique, bien que plus dense, se retrouve perchée sur une plaque
continentale… C'est ce que les spécialistes nomment l'obduction.
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
13
Une 30 aine de théories ont tenté d'expliquer cette présence de croûte océanique sur de la croûte
continentale. Nous en présenterons 3 ex. en nous référant aux schémas de la page précédente.
Exemples :
A) La lithosphère océanique en plongeant sous la lithosphère continentale pourrait se débiter, se
"délaminer", sa partie la plus supérieure passant sur le continent (modèle de Robert Coleman).
B) Les ophiolites correspondraient alors à une portion de lithosphère océanique prise en sandwich
qui s'écaille et vient chevaucher le continent de gauche (modèle de John Dewey et John Bird).
C) Il y a rencontre de 2 lithosphères océaniques dont une au moins porte un continent… Le
continent, du fait de sa faible densité, se trouve bloqué au niveau de la zone de subduction. On voit
dans le schéma C que la plaque océanique de droite finit alors par "grimper" sur le continent à
gauche (modèle de Hugh Davies).
CONCLUSION au chapitre III
:
D’après la vitesse de fonctionnement des rifts actuels et en supposant que cette vitesse est
toujours restée constante, on peut faire remonter l’éclatement de la Pangea à 200 millions
d’années. L’Atlantique Nord se serait ainsi ouvert il y a 180 millions d’années.
Le fait :
- que l’Oural, les Appalaches (1) datent de plus de 200
Les "Appalaches" (au sens
millions d’années et renferment des ophiolites.
large) ont été affectés par 2
- que le Sahara présente des dépôts glaciaires datés de 400
séries de plissements :
millions d’années ce qui indique une position à la surface du
* Le plissement calédonien
globe différente de sa position actuelle.
au primaire inférieur (cf. les
"Alleghanys").
... semble montrer que la Pangea ne faisait elle-même que
* Le plissement hercynien au
résulter de la collision d’autres continents Æ la tectonique
primaire supérieur (cf. les
des plaques serait donc une constante de l’histoire
"Appalaches au sens strict").
géologique.
CONCLUSION GENERALE : les grandes plaques constitutives de la lithosphère.
La surface de la terre ou lithosphère est constituée d'une 12 aine de plaques dont 6 de très grande taille.
Ces plaques sont limitées par les rifts (lieux de création et d'écartement) et les zones de subduction
(lieux d'enfoncement et de disparition). Chaque année 300 km3 de la surface de la terre se créent au
niveau des rifts et cette création est exactement compensée par une disparition au niveau des 32 000 km
de zones de subduction. Les flèches indiquent les directions de déplacement.
Schéma : "La Recherche" n° 109 mars 1980. Xavier Le Pichon.
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
14
IV- LES CHAINES DE MONTAGNES
DU PRIMAIRE
Pour simplifier, on peut dire qu'à la fin du Précambrien, les continents étaient
regroupés en un seul supercontinent, la Pangée précambrienne, qu'entourait la
Panthalassa, vaste et unique océan.
L’ère primaire ( = paléozoïque) a débuté il y a 570 millions d’années et s’est
terminée il y a 225 millions d’années. Pendant les 345 millions d'années correspondant à
la durée du Paléozoïque, le super-continent se disloqua en 4 masses continentales indépendantes, puis se reconstitua progressivement (c'est ce qu'on nomme 1 cycle de Wilson).
On a divisée l'ère primaire en 2 parties car 2 séries successives de plissements (ayant conduit à la formation de 2 «chaînes» de montagnes) ont eu lieu au cours de cette période.
La 1ère série (qui s'étend de - 550 millions d'années à - 395 millions d'années) correspond
au plissement Calédonien.
La 2ème série (qui va de - 395 millions d'années à - 240 millions d'années) correspond au
plissement Hercynien ou plissement Varisque.
Ceci correspond à une simplification car en fait les 1ères phases Varisques se déroulent
avant la fin du plissement Calédonien.
SITUATION INITIALE :
Au primaire inférieur (cambrien + ordovicien + silurien), après l'éclatement de la Pangée
précambrienne, il était possible de distinguer 4 grandes masses continentales : la
Laurentia, la Fenno-sarmatia ( = "continent scandinave"), l'Angara se situaient au Nord
et la Nigritia au Sud.
Le bouclier de Kolima ou Kolyma correspond à la Sibérie Orientale.
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
15
A) Le plissement CALEDONIEN :
(«Calédonie» est un ancien nom latin de l’Ecosse)
qui dure de 550 MA à environ 400 MA et qui se termine par la phase dite "ardennaise")
C'est le choc du bouclier Canada + Groenland = Laurentia avec le "bouclier Balte" (au
sens large) ou "Fenno-Sarmatia" ou "Fennoscandia" (l'Ecosse et la Scandinavie) qui a
créé la chaîne Calédonienne à l'emplacement d'un océan Calédonien ou "Lapetus".
Ce choc s'est produit au primaire inférieur (cambrien + ordovicien + silurien) et, faisant
disparaître l'océan proto -Atlantique, a réuni l’Amérique du Nord et l’Europe du Nord en
un seul bloc : le continent nord atlantique = «LAURASIA» = "Continent des vieux grès
rouges". Les restes de la chaîne calédonienne sont encore visibles :
* Vers l'Ouest : le Nord-Est des USA (chaîne des "Appalaches" ou mieux des
"Alléghanys"), l'Est du Groenland et le Nord de l'Ecosse,
* Vers l'Est : de la Grande Bretagne (elle forme la plus grande partie des îles
britanniques à l'exception de leur zone la plus méridionale) à la Scandinavie ( Norvège,
Suède, Spitzberg)… voir sur la carte.
En France, on retrouve également des traces de cette première orogénèse primaire (de
OROS = montagne et GENERIS = naissance) dans les Ardennes et le Boulonnais. De
plus, un certain nombre de granites des Vosges, de la Forêt Noire et du Massif Central,
que l'on croyait Hercyniens, s'avèrent, après datation, être Calédoniens.
Toute chaîne de montagnes subit l’action du vent, de la pluie, du gel... : ses roches
constitutives sont attaquées et finissent par être entraînées sous forme de débris (on dit
qu’il y a «DESTRUCTION = EROSION + ALTERATION» puis «TRANSPORT»).
La chaîne calédonienne a subi une érosion très intense au DEVONIEN car les
continents n’étaient pas encore à l’époque couverts d’une végétation abondante (les
premiers végétaux terrestres n’apparaissent qu’à la fin du silurien). Les matériaux
enlevés à la chaîne calédonienne ont été transportés puis se sont déposés sur de
grandes surfaces, donnant naissance sur plusieurs milliers de mètres d’épaisseur à des
grès (= grains de sables soudés) de couleur rouge. Ces «vieux grès rouges»
renferment de nombreux fossiles permettant de reconstituer la flore (= ensemble des
espèces végétales) et la faune (= ensemble des espèces animales) vivant au dévonien.
Les grandes orogenèses en Europe :
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
16
B) Le plissement HERCYNIEN :
(«hercynien» : nom d’un massif allemand : le
HARZ) on dit encore PLISSEMENT VARISQUE qui s'est déroulé de environ 400 à 240 MA.
Il a donc lieu au primaire supérieur (dévonien, carbonifère, permien).
Nous avons vu qu’au cours du primaire inférieur, le plissement calédonien avait soudé
l’Amérique du Nord et le nord de l’Europe en un seul bloc : le «continent nord-atlantique»
encore appelé «continent des vieux grès rouges» ou «LAURASIA».
Au début du primaire supérieur, il est possible de distinguer 3 grandes masses continentales :
1 - Le continent nord-atlantique
séparés par un bras de mer situé à l’empla2 - Le continent sibérien ou «ANGARA»
cement actuel de l’Oural («mer ouralienne»).
3 - Au Sud, un vaste continent dénommé
NIGRITIA et comprenant la plus grande partie de l’Amérique du Sud, l’Afrique, l’Arabie, l’Inde,
l’Australie et l’Antarctique.
La Nigritia était séparée des deux continents précédents par une mer très étendue : la PaléoTéthys = MESOGEE localisée à l’emplacement actuel du Maroc, de l’Espagne, de la France, de
l’Allemagne, de l’Italie, de l’Europe centrale, de la Chine et du Japon.
La mer ouralienne ne correspondait qu’à une dépendance de la Mésogée.
}
CARTE DES MASSIFS HERCYNIENS EN FRANCE :
Les massifs cristallins externes : Argentera ( = Mercantour), Pelvoux,
Belledonne, Mont-Blanc et Aiguilles-Rouges sont d'âge hercynien.
Les lignes AB et CD marquent les limites des différentes unités hercyniennes incluses dans l'édifice alpin.
Carte (modifiée) extraite du livre de Pierre Vincent : Sciences Naturelles, classe de 4ème - Editions Vuibert - 1970.
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
17
Les différentes phases de l’orogénèse hercynienne aboutissent (à la fin du carbonifère)
à une soudure des 3 continents (la Nigritia alors nommée la Gondwana… mot qui vient
du royaume des Gonds en Inde + les 2 blocs situés au Nord) en un seul ensemble : la
PANGEE ( = «terre unique») et sont à l’origine de différentes chaînes de montagnes :
* Cordillère de l’Europe moyenne qui affecte en particulier l’ensemble de la France, qui
rejoint l'Allemagne et l'ex Tchécoslovaquie.
* Cordillère ibérique ou mieux Hespérique qui entoure le vieux socle de la Meseta
Ibérique
La surrection de l'Oural (chaîne hercynienne ouralienne) est en fait un peu plus tardive
(PERMIEN).
Les massifs montagneux sont attaqués par l’érosion au PERMIEN et il y a encore ici
formation de grès rouges : LES NOUVEAUX GRES ROUGES dont on a également pu
reconstituer la flore et la faune.
SITUATION FINALE :
*
Au début du primaire le continent précambrien unique appelé Pangée
précambrienne a éclaté donnant naissance à 4 pièces distinctes.
Au primaire inférieur (en particulier au silurien), la chaîne calédonienne
soude la Laurentia à la Fenno-Sarmatia e formation du « Continent Nord
atlantique» ou continent des vieux grès rouges » ou « LAURASIA ».
Au primaire supérieur (en particulier au carbonifère), les chaînes
hercyniennes réunissent toutes les pièces du puzzle en un continent unique : la
PANGEE.
Le monde à la fin de l'ère primaire.
Remarque : Ce qui précède correspond à une extrême simplification... de nombreuses
questions restent posées... exemple : les mouvements calédoniens ont-ils touché le
domaine de la Mésogée... et, si oui, dans quelle mesure ?
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
18
V- Et avant le début du primaire ? !
La formation du système solaire :
En 2002, on admet très généralement que le système solaire est né il y a 4,556 milliards d’années d’un
énorme nuage de gaz et de poussières en rotation qui s’est effondré sur lui-même sous l’effet de la gravitation.
Le soleil s’est formé en premier et la matière restante a constitué un disque tournant autour de lui, les éléments
les plus légers étant rejetés à la périphérie de ce disque du fait de la force centrifuge. En quelques millions
d’années, les poussières se sont soudées en petits corps qui se sont à leur tour agglutinés formant des masses
de plus en plus importantes. C’est ce processus d’accrétion qui a créé les planètes les plus internes : Mercure,
Vénus, la Terre et Mars constituées de roches (planètes rocheuses). Plus vers l’extérieur, les planètes géantes,
de nature gazeuse (planètes gazeuses) : Jupiter, Saturne et Uranus se sont ensuite formées.
La Terre :
Considérons la Terre 50 millions d’années après le début de la formation du système solaire : elle est
encore partiellement fondue : le fer et le nickel, plus lourds, se sont accumulés en son centre donnant ainsi
naissance à un noyau métallique. Les éléments les plus légers (dont le silicium et l’aluminium) se sont
regroupés en périphérie. Le choc de la Terre avec une planète ayant une masse de l'ordre de celle de Mars
(1/10ème de la Terre) lui a arraché une partie de son manteau (formé de silicates). Le rassemblement de cette
matière fondue serait à l'origine de la formation de la Lune.
Les chocs de météorites :
De - 4,5 milliards d’années à 3,5 milliards d’années, la surface terrestre a été le siège d’impacts de
météorites nombreux. Les chocs répétés ont maintenu cette surface à une température élevée incompatible
presque partout avec l’apparition de plaques solides mobiles (même si les plus anciennes roches connues
trouvées au Groenland et en Afrique du Sud remontent à 3,8 milliards d’années).
L’eau et les océans :
L’eau est apparue sur la Terre il y a 4,4 milliards d’années. On a longtemps pensé que l’eau des océans
provenait en totalité du dégazage de magmas profonds venant s’épancher en surface et libérant de la vapeur
d’eau. On sait aujourd’hui que la + gde partie de l’eau terrestre a été apportée, très probablement alors que la
Terre était déjà formée (soit il y a 4,45 millions d’années), par des météorites venant la frapper. Ces météorites
particulières (du groupe des chondrites carbonées) ont aussi amené une grande partie de son carbone et de son
azote. Il s’est ainsi formé une atmosphère constituée de vapeur d’eau, de gaz carbonique et d’azote.
Dès que le magma basaltique de surface s’est solidifié (moins de 1000°C), bloquant ainsi le flux de chaleur
interne vers la surface, l’atmosphère primitive s’est refroidie. Quant sa température a atteint une valeur
critique, la vapeur d’eau s’est condensée en eau, engendrant un déluge à l’origine des océans. Ceux-ci on pu se
revaporiser plusieurs fois sous l’effet d’impacts de météorites avant de se stabiliser. Le gaz carbonique, lui,
s’est combiné avec les silicates (CaSiO 3 ) donnant naissance à de la silice ( Si O2 ) et à des carbonates (CaCO3 ).
Les plaques tectoniques :
* de - 3, 5 milliards d’années à - 2,5 milliards d’années, la croûte terrestre encore mince et chaude, semble
avoir été le siège de phénomènes volcaniques intenses. Il est probable que le système actuel des plaques
n’existait pas encore.
* Le découpage de la croûte en blocs, ébauche des futures plaques, se situerait aux alentours de -2,5 milliards
d’années. Pour chacune de ces plaques il a été possible d’observer 2 à 5 ou 6 orogénèses avant le début du
primaire.
Remarque : en Bretagne, il n’est pas
Les premiers plissements :
Les plissements du primaire (plissement Calédonien +
plissement Hercynien) avaient été précédés de plissements
précambriens dont on peut, par ex, trouver trace dans le Massif
Armoricain. Le socle de ce massif présente en effet des traces :
- D’une orogénèse dite PENTEVRIENNE (socle ancien)
remontant à 1 milliard 400 millions d’années.
- D’une orogénèse CADOMIENNE - de Caen en France - dite
aussi orogénèse assyntienne - du loch Assynt en Ecosse - ou
baïkalienne - du lac Baïkal en Russie - (nouveau socle) datée de
900 millions d’années.
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
possible d’observer un véritable
plissement calédonien, cette région
semblant être un haut-fond au
dévonien inférieur. La phase de
plissement dite «BRETONNE» peutêtre considérée comme du Calédonien
tardif ou plutôt de l’Hercynien précoce.
Cette phase se déroule au dévonien
supérieur et affecte le Massif
Armoricain contribuant à lui donner
une structure géologique complexe.
19
VI- LES GRANDS PLISSEMENTS DE L'ERE TERTIAIRE :
Le cénozoïque (= ère Tertiaire + ère quaternaire ) est la dernière grande ère de l’histoire de la
Terre. Elle a commencé il y a 65 millions d’années, et nous verrons qu’on peut penser
raisonnablement qu’elle n’est pas achevée.
On divise l’ère Tertiaire en deux sous-ensembles qui correspondent à 4 périodes successives :
Paléogène
Néogène
. Eocène
. Oligocène
. Miocène
de - 65 à - 38 MA
de - 38 à - 26 MA
de - 26 à - 7 MA
soit 27 MA
soit 12 MA
soit 19 MA
. Pliocène
de - 7 à - 2 MA
soit 5 MA
Si la 1ère moitié de l’ère primaire a été le temps des chaînes calédoniennes et la seconde moitié celui
des chaînes hercyniennes ou varisques ; l’ère Tertiaire est le temps des "chaînes alpines"... (même si
des mouvements précurseurs ont eu lieu un peu partout au secondaire).
L’orogenèse au tertiaire se
déroule en plusieurs pha ses :
- Phase laramienne, entre
Crétacé et Tertiaire ;
- Phase prépyrénéenne, au
milieu de l’Eocène ;
- Phase pyrénéenne ou
pyrénéo-provençale,
entre
Eocène et Oligocène ;
- Phase helvète (Suisse) et
save (affluent du Danube), à
la fin de l’Oligocène ;
- Phase rhodanienne, fin
Miocène ;
- Phase pasadénienne (ville
de Californie), fin Pliocène.
1 - La phase laramienne
aboutit à la formation des
Laramides ou «cordillères
américaines»
(montagnes
rocheuses pour le Nord,
cordillères des Andes pour
le Sud). Les Lamarides sont
donc les plus précoces des
chaînes alpines ; elles «résultent de l’affrontement des
plaques continentales américaines avec la plaque
pacifique».
2
L’affrontement
de
Carte extraite de "Géographie", clase de 5 ème. Collection R. Plandé.
l’Afrique et de l’Europe qui
Editions Charles-Lavauzelle.
entraîne un écrasement de
la Téthys (qui deviendra la
Méditerranée).
"Lors de l’écrasement de la Téthys, se produit tout d’abord une résorption de la
croûte océanique par subduction sous les plaques continentales ; ensuite les plaques
continentales s’affrontent directement".
Louis David
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
20
"De cette subduction, puis de ce serrage, naît une double chaîne de montagnes : une
moitié correspond à la marge de l’Europe, rive nord de la Téthys, l’autre moitié correspond
à la marge africaine, rive sud de la Téthys".
Louis David
Les zones structurales autour de la méditerranée actuelle. En non-hachurés (rose sur la
carte couleur) les chaînes (arcs) du bord du nord de la Téthys (chaînes alpidiques). En
tiretés horizontaux (jaune sur la carte couleur) les chaînes du bord sud de la Téthys
(chaînes dinariques). On notera les bassins profonds récents de Méditerranée.
En pointillé la chaîne du Jura et la chaîne pyrénéo-provençale : C = chaîne cantabrique, L =
Languedoc, P = Provence.
Modifié, d'après Louis David : "L''histoire de la Terre", éditions Seghers.
è La marge européenne, de Gibraltar à l’Asie mineure, est la branche nord de la chaîne
alpine téthysienne ou branche alpidique, et comprend d’ouest en est :
- les Cordillères bétiques, partie sud de l’Espagne, de Gibraltar aux îles Baléares ;
- après une interruption par la fosse marine algéro-provençale, les Alpes franco-suisses ou
occidentales, de direction Sud - Nord, puis italo-autrichiennes ou orientales, de direction Ouest - Est
; c’est "l’arc alpin" ;
- les Carpat(h)es, dessinant aussi un grand arc qui va de la Tchécoslovaquie à la Yougoslavie, par
la Hongrie et la Roumanie.
- les Balkans (le Balkan), développés en Bulgarie, Grèce et Turquie d’Europe… qui se prolongent
par les PONTIDES et le CAUCASE.
è La marge africaine, tantôt séparée, tantôt accolée, est la branche sud de la chaîne
alpine téthysienne ou branche dinarique, qui comprend, toujours d’ouest en est :
- les Maghrébides, ou chaînes d’Afrique du Nord, liées aux chaînes bétiques à travers le détroit de
Gibraltar, se terminant en Sicile.
- les Apennins en Italie.
- les Dinarides, d’abord en arc, puis parallèles à l’Apennin sur le côté Yougoslave de l’Adriatique ; la
partie en arc est non seulement accolée aux Alpes orientales mais les surmonte : l’Afrique, en cette
zone, chevauche l’Europe et les sommets Dolomites sont africains (cf. carte).
- les Hellénides, suite des Dinarides en Grèce ;
- l’Arc égéen, entre Grèce et Turquie, jalonné par la Crète et Chypre, correspond à la subduction de
la Méditerranée orientale sous l’Europe, poussée par la plaque africaine.
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
21
"Tout au long des temps tertiaires, se poursuit cet affrontement Afrique-Europe, et les
chaînes alpines se dressent, peu à peu, pour former le paysage qui nous est familier. Le
phénomène continue sous nos yeux : les montagnes grandissent encore ; l’arc égéen n’est
qu’au début de son évolution en montagne ; volcans et séismes accompagnent les zones
actives"...
"Une question apparaît sur la carte : pourquoi la succession des arcs orogéniques, en une
guirlande continue, est-elle interrompue entre les Baléares, extrémité des chaînes bétiques,
et les Alpes orientales ? Au cours de l’Oligocène, l’Europe montre une tentative d’ouverture
d’un nouvel océan transverse, Nord - Sud ; les grands fossés rhénan, rhodanien et les
limagnes sont des rifts avortés ; plus au Sud, le bassin algéro-provençal s’ouvre vraiment,
avec mise en place d’une croûte océanique. Cette ouverture d’un bassin océanique N-S
explique la rotation de l’ensemble corso-sarde, primitivement W-E et accolé à la chaîne
pyrénéo-provençale, devenu N-S ; elle explique aussi l’interruption des chaînes
européennes".
Louis DAVID. Extrait de «L’histoire de la terre» par Louis David. - Editions Seghers, Paris, 1988
3 - â La migration de l’Inde.
Au début du secondaire, la Gondwanie a
éclaté et il y a eu séparation de l’Inde (ou
plus exactement du Dekkan) de l’Afrique et
de l’Australie il y a 93 millions d’années. Le
Dekkan a suivi une migration vers le nord se
couvrant à l’Eocène de coulées basaltiques
liées à de gigantesques phénomènes
volcaniques. La collision de l’Inde et de
l’Asie s’est produite il y a 53 millions
d’années. La progression se poursuit à raison
de 4 à 6 cm par an.
L’Orogenèse himalayenne très active au
Miocène, ralentit au Pliocène pour reprendre
toute sa vigueur au Quaternaire, période
correspondant à la surélévation du Tibet.
D'après Pomerol et al. (2000).
Des mesures récentes ont donné 8 850 mètres
pour l’altitude de l’Everest. Selon le professeur Bilham, l’Everest continue de s'élever à raison de
3 à 5 mm par an tout en se déplaçant vers le nord-est d'environ 27 mm
Remarque :
Les géologues ont considéré initialement que la plaque indienne et la plaque australienne formaient
une seule entité : la « plaque indo-australienne ». La découverte d'une zone de failles et de
déformations dans l'océan Indien entre Sumatra et les îles Chagos (territoire britannique , de 7 atolls +
de nombreuses îles dont Diego Garcia , situé au Sud des Maldives) a conduit finalement à penser
qu’il s’agit de 2 plaques distinctes.
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
22
Document de synthèse élaboré avec des enfants de CM2 suite à une recherche…
Il y a environ 200 millions d'années, tous les continents
étaient encore réunis en un seul bloc. Ce bloc ou "Pangée"
( = terre unique) s'est fracturé en plusieurs morceaux ou
plaques sous la poussée du magma situé en dessous.
La lave, en sortant, a écarté progressivement
les continents et formé une gigantesque chaîne
de montagnes sous-marine ( = dorsale) qui dépasse parfois
de la surface des océans en constituant des îles volcaniques
(exemple : l'ISLANDE.)
Notre planète étant sphérique, on comprend que si
les continents s'éloignent en certains lieux, ils se
rapprochent ailleurs. Lorsque 2 continents se cognent,
les fonds marins qui les séparaient produisent une
"bosse" = une chaîne de montagnes terrestres (exemple :
les ALPES.) Les 2 continents qui se heurtent finissent
même par se souder (exemples de soudures : l'OURAL,
l'HIMALAYA.)
Parfois le fond d'un océan peut glisser sous un
continent… d'où l'apparition d'une fosse
sous-marine.
La "plaque" qui passe dessous
provoque par son frottement
des tremblements de terre ou
séismes, s'échauffe
puis fond, créant un
autre type d'îles
volcaniques dont
l'exemple le plus
connu est le
JAPON.
Voici maintenant quelques compléments…
Jean-Pierre GESLIN, professeur.
23
Complément 1) : Echelle géologique des temps.
La vie semble être apparue il y a 3,5 milliards d’années, les 1ers vertébrés datent de 500 MA, les 1ers
mammifères de 200 MA (fin du Trias) et les 1ers primates d’environ 70 MA (vers la fin du Crétacé).
ERES et subdivisions
Durée
Quaternaire
2 MA
Tertiaire : Pliocène +
De 65 à 2 MA
Miocène + Oligocène +
Eocène
Crétacé
Secon-
daire
Jurassique
Trias
Primaire
Permien
Carbonifère
Dévonien
Silurien
Ordovicien
Cambrien
Précambrien
2323
bis
De 136 à 65 MA
soit 71 MA
De 136 à 195 MA
soit 59 MA
De 225 à 195 MA
soit 30 MA
De 280 à 225 MA
soit 55 MA
De 345 à 280 MA
soit 65 MA
Phénomènes géologiques
Plissement Alpin :
Affrontement de l'Afrique et de l'Europe + choc de
l'Inde et de l'Asie postérieurement à la formation des
Rocheuses et de la Cordillère des Andes.
Evolution du vivant (voir poly correspondants)
Longtemps considérée comme la période de l'apparition de l'homme (Homo habilis)… en fait celui-ci
est plus antérieur (2, 3 MA ou 2,4 M.A.). Apparition des chevaux et des éléphants.
C'est "l'âge des mammifères" par opposition à l'ère secondaire qui était "l'âge des reptiles". Apparition
des australopithèques il y a 4,2 M.A. (Certains disent même 6 M.A).
Développement des monocotylédones (graminées = "herbes" en particulier).
Le primate le plus ancien connu (Purgatorius) du Montana date de la fin du Crétacé (70 MA).
Disparition des Dinosaures, Ptérosaures, Plésiosaures (il y a 65 MA) et des Ichthyosaures (il y a 90 MA).
Eruptions volcaniques
à l'emplacement des Pyrénées et des Alpes.
Plissement Hercynien
ou plissement varisque qui a créé l'Europe et qui
comprend 4 phases : de la + récente à la
+ ancienne :
- phase palatine
- phase saalienne
- phase asturienne
- phase sudète.
Au permien : surrection de l'Oural.
Ptérosauriens ( = reptiles volants).
Archaeoptéryx (ancêtre des oiseaux).
Apparition des Ichthyosaures (reptiles marins dont la forme évoque un dauphin) et des Plésiosaures
(reptiles marins à long cou). APPARITION DES DINOSAURES.
1ers insectes à métamorphose complète.
Les foraminifères du groupe des fusulines sont à leur apogée.
Trilobites rares. Les reptiles se développent.
C'est l'époque de la forêt houillère avec :
* Les ptéridophytes ou fougères de la classe des lycopsides (lépidodendrons et sigillaires), de la classe
des sphénopsides ou prêles (calamites) et de la classe des filicopsides ou fougères vraies.
* Les pré-spermaphytes comprenant les fougères à graines ou péridospermaphytes, les cordaïtes et un
gymnosperme (le lebachia ou walchia).
De 395 à 345 MA
* Apparition des insectes. * Trilobites et échinodermes sont en déclin.
soit 50 MA
* Apparition de poissons agnathes du groupe des galéaspides.
* Parmi les poissons à mâchoires osseux : apparition du groupe des actinoptérygiens et du groupe des
sarcoptérygiens (= les crossoptérygiens + les dipneustes).
* 1ers amphibiens : les stégocéphales (qui disparaîtront au trias).
* Apparition des 1ers gymnospermes.
De 440 à 395 MA
Apparition des poissons agnathes du groupe des ostéostracés = céphalaspides et du groupe des anasPlissement Calédonien
soit 45 MA
pides. Chez les poissons pourvus de mâchoires : naissance des poissons cartilagineux du groupe des
qui débute à l'Ordovicien (Appalaches) mais est surtout
placodermes. Apparition des 1ers végétaux vasculaires : des fougères de la classe des psilophytinées.
important au Silurien.
De 500 à 440 MA
Apparition de poissons agnathes du groupe des hétérostracés (ils disparaissent au dévonien).
Refroidissement intense à la fin de l'Ordovicien avec
soit 60 MA
Sur les continents devaient s'être développé des mousses, des hépatiques et des characées.
développement d'une calotte glaciaire à l'emplacement
De 570 à 500 MA de la partie nord de la Nigritia (Sahara, Mauritanie, N-E
* Archaeocyathes tenant à la fois de protozoaires (du groupe de foraminifères) et de spongiaires.
du Brésil). Cette calotte fond au début du Silurien.
* Coelentérés = Cnidaires ( méduses, anémones de mer, pennatulides) + Cténaires.
Volcans de Menez-Hom en Bretagne à la fin du Silurien.
* Vers (priapulides comme Ottoia, quelques annélides comme Burgessochaeta).
* Mollusques (monoplacophores, gastéropodes, céphalopodes).
* Nombreux brachiopodes. * Quelques bryozoaires. * Apparition des 1ers squelettes minéralisés.
* Arthropodes (= invertébrés à pattes articulées) : apparition des trilobites, crustacés, mérostomes).
* Echinodermes (Echmatocrinus).
* PAS DE VERTEBRES MAIS LEUR ANCETRE (PIKAIA).
De 4500 MA à 570
Protistes (flagellés, radiolaires, foraminifères). Stromatolithes. Brachiopodes.
Plissement Cadomien il y a 900 MA
MA
Faune d'Ediacara en Australie : Coelentérés (méduses, pennatulides). Annélides.
Plissement Pentévrien il y a 1 400 MA
Echinodermes (Tribrachidium).
Jean-Pierre GESLIN, IUFM du Bourget.
COMPLEMENT 2) : LES VOLCANS
Qu'est-ce qu'un volcan ?
Il y avait une fois, près d'un village du sudouest du Mexique, un paysan nommé
Dionisio Polido qui retournait son champ.
Depuis quelques jours, il avait remarqué que
de minces fissures fendillaient la glèbe çà et
là. Parfois, il s'en échappait de petites volutes
de fumée un peu tiède. Le bon Dioniso ne se
pose pas de questions, il travaille son champ.
D'une bêche bourrue, il nivelle et bouche ces
craquelures. Puis, satisfait, avec sa femme et
son fils, il contemple son champ bien
labouré... Un grondement formidable
s'éveille au plus profond de la terre.
Dionisio, sa femme et son fils prennent leurs
jambes à leur cou. C'était le 20 février 1943,
le Paricutin (prononcez : Paricoutine) venait
de naître. Il s'élève aujourd'hui à plus de 400
mètres, a recouvert de ses laves quelques
milliers d'hectares, y compris le village.
Haroun TAZIEFF Cratères en feu (Arthaud, 1967)
Cette anecdote peut illustrer la définition
du volcan, telle que l'a donnée le même
auteur :
"Le volcan n'est, strictement parlant,
qu'une fissure ouverte dans l'écorce
terrestre, mettant le magma profond
en communication avec l'atmosphère
ou l'eau (lac, mer, océan)".
C.N.D.P. de Clermont-Ferrand - "Survol des volcans". Jean Roche.
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Jean-Pierre GESLIN, IUFM du Bourget.
Une classification "périmée" des volcans que tous les
non-spécialistes utilisent encore néanmoins
(parce qu'elle est "pédagogique").
Entre les 4 types présentés ci-dessous, il existe de nombreux intermédiaires et un
même volcan présente souvent des éruptions de plusieurs types (même s'il existe
une dominance). C'est ainsi que le Vésuve à des éruptions tantôt du type
Stromboli, tantôt du type Vulcano.
Type
d'éruption
Strombolien
(Iles Lipari)
Vulcanien
(Iles Lipari)
Péléen
(Martinique)
A 1/2 fluide
Rapide en
surface
Nappes, coulées
Coulées
étendues
Explosions
0
Assez
violentes
Projections
"Larmes et
Bombes en
cheveux de
fuseau,
Pélée"
lapillis
Vapeurs
Transparentes
Visqueuse
Rapide
Presque solide
Très rapide
Lave
Refroidissement
Forme
Nature du
cône
Cratère
Hawaïen
(Iles Hawaii =
Hawaï)
Très fluide
Très lent
Laves
D'affaissement
Projections +
laves
D'émission
Coulées
Dôme ou
restreintes
aiguille
Très violentes
Bombes crâquelées, lapillis et cendres
Opaques
Cendres +
lapillis
D'explosion
Nuées ardentes
Opaques et
foncées
Dôme ou
aiguille
0
La viscosité des laves est fonction de leur teneur en silice.
Les laves pauvres en silice sont fluides et en se refroidissant se lovent comme des
cordes ("laves cordées").
Les laves riches en silice sont visqueuses et en se refroidissant se présentent en
blocs hérissés d'arêtes tranchantes ("laves scoriacées").
Parmi les projections volcaniques ou pyroclastites, on distingue :
* les blocs et pierres arrachés au soubassement du volcan,
* les bombes : lambeaux de lave de taille variable (+ de 32 mm),
* les lapillis : entre 32 et 4 mm de diamètre,
* les cendres (magma pulvérisé ou roches broyées arrachées à la cheminée) d'un
diamètre inférieur à 4 mm.
En se consolidant, les blocs et bombes donnent des "brèches volcaniques", les
lapillis donnent des "tufs volcaniques" et les cendres donnent des "cinérites".
Tufs volcaniques et brèches volcaniques sont réunis sous le terme de "scorries".
Remarque : Iles Lipari = Iles Eoliennes au N.E. de la Sicile.
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C.N.D.P. de Clermont-Ferrand - "Survol des volcans". Jean Roche.
Jean-Pierre GESLIN, IUFM du Bourget.
"Répartition des volcans et des séismes dans le monde".
Carte extraite de "Pour connaître les sciences". Hachette, livre de CM (1986) par Blanc, Bramand, Faye et Grégoire.
Les volcans et tremblements de terre apparaissent au niveau de zones instables
qui correspondent aux bordures des plaques.
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Jean-Pierre GESLIN, IUFM du Bourget.
COMPLEMENT 3) : TREMBLEMENTS DE TERRE = SEISMES…
Un grand séisme est généralement précédé de secousses plus petites (dites
"secousses prémonitoires") et suivi de secousses moins fortes (dites "répliques").
Les croquis sont
extraits de TDC n° 96 :
"Les tremblements
de Terre".
Tremblement de terre de Kobe, au Japon, en 1995. 500 000 victimes.
Photographie d'une voie rapide détruite reliant Kobe à Osaka (extraite de l'encyclopédie Encarta).
C'est le géologue britannique John Milne vers 1870 qui conçut le premier appareil
d'enregistrement sismique ou sismographe. Il était constitué d'un pendule, muni d'une aiguille, suspendu
sur une assiette en verre fumé. Cet instrument permit de différencier 2 types d'ondes sismiques : les ondes
primaires et les ondes secondaires.
Principe du sismographe et enregistrement :
Ondes primaires = ondes P (qui arrivent en premier) ou ondes de compression.
Ondes secondaires = ondes S (qui arrivent ensuite ) ou ondes de cisaillement transversal.
Ondes longues = ondes L (qui arrivent en dernier) et sont des ondes destructrices.
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Jean-Pierre GESLIN, IUFM du Bourget.
L'épicentre d'un séisme est le point de la surface du sol situé à la verticale du foyer interne (ou
hypocentre ) où s'est produite la rupture, cause du tremblement de terre.
L'effet d'un séisme est plus grave si son foyer est superficiel que s'il est profond. Il est très rare que
le foyer se place à la surface du sol. Le plus souvent, il s'établit entre 25 et 30 km de profondeur.
Les plus profonds sont à 720 km de la surface.
En 1935, deux chercheurs américains
(Richter et Gutenberg) proposèrent un
classement des séismes - non pas sur leurs effets
superficiels - mais d'après la quantité d'énergie
(ou magnitude) qu'ils libèrent. La formule
évaluant la magnitude tient compte de l'amplitude des ondes enregistrées sur un séismographe
et de la distance à l'épicentre (déterminée selon
la méthode présentée ci-contre).
L'échelle de Richter-Gutenberg va de 0 à 9 et
suit une progression logarithmique (cela signifie
que chaque unité de l'échelle est dix fois
supérieure à la précédente). Les grands séismes
ont une magnitude supérieure à 7.
La principale cause des tremblements de
terre est liée à la tectonique des plaques, les
séismes se situant pour la plupart en limites
de ces plaques.
* Les dorsales médio-océaniques, lieux de la
formation des fonds océaniques, sont le siège de
nombreux séismes d'intensité modérée et
rarement ressentis par les populations humaines.
Leur foyer se situe à moins de 100 km de
profondeur. Ces tremblements de terre ne
représentent que 5%
environ de l'énergie
sismique terrestre totale.
Localisation de l'épicentre d'un séisme :
Un tremblement de terre a été enregistré à
Bombay (Inde), à Tokyo (Japon) et à Wellington
(Nouvelle -Zélande). Connaissant le nombre de
minutes entre l'arrivée des ondes primaires P et
l'arrivée des ondes secondaires S, on obtient la
distance de l'épicentre à chacune de ces 3 villes.
On trace les cercles ayant pour centre ces 3
villes et pour rayon, la distance correspondante.
L'épicentre est situé au point de rencontre des 3
cercles (ici en A), dans l'archipel des
Philippines.
* La plupart des séismes se produisent dans
les zones de subduction (zones où une plaque
s'enfonce sous une autre) ou dans les zones où
une plaque glisse le long d'une autre (cf. la
faille de San Andreas en Californie, zone la plus
à risque de l'Amérique du Nord).
Ces séismes de zones de subduction (rassemblés le long de ce qu'on nomme "la ceinture de feu du
Pacifique", une bande d'un peu moins de 40 000 de long correspondant aux marges de l'océan
Pacifique) représentent presque la moitié des tremblements de terre destructeurs et libèrent les 3/4 de
l'énergie sismique de la planète. Ce sont des séismes profonds (hypocentre compris entre 300 et
645 km de profondeur).
Lorsqu'une secousse sismique se produit sous la mer, il s'ensuit un raz de marée par propagation des
ondes. Si le séisme entraîne un éboulement, l'appel des masses d'eau voisine fait que la mer se retire
dans un premier temps puis revient agissant parfois à très grande distance et ba layant tout sur son
passage lors du contact avec le rivage : ce sont les "tsunamis" dont le mur d'eau qui déferle peut
atteindre 20 à 30 mètres de haut.
Les séismes intraplaques sont rares mais destructeurs. Leur origine est mal comprise.
Les séismes d'origine volcanique , qui se produisent lorsque le magma s'accumule dans la chambre
magmatique, présentent surtout l'intérêt d'annoncer des éruptions volcaniques. Le sommet du volcan
se soulève et ses flancs s'inclinent engendrant des ruptures dans les roches comprimées, ruptures à
l'origine d'une multitude de microséismes (jusqu'à 1000 par jour lors de prémices d'éruptions sur l'île
d'Hawaii).
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Jean-Pierre GESLIN, IUFM du Bourget.
Les hommes peuvent induire des séismes par pompage de liquides et de gaz profonds ou par
extraction minière ou encore en provoquant des explosions souterraines de bombes atomiques.
De petits séismes se produisent également de temps à autre lors de l'effondrement de galeries de
mines désaffectées.
COMPLEMENT 4) : TSUNAMIS…
Les tsunamis ont diverses origines : terrestres (tremblements du fond de l’océan = séismes liés
aux mouvements des plaques, éruptions volcaniques sous-marines, glissement de terrain entraînant
un déplacement très important d’eau) parfois extra-terrestres (météorites frappant l’océan dont les
conséquences sont moindres).
Lorsqu'un séisme sous -marin ou une éruption volcanique ou un glissement de terrain se produit
dans l'océan, le mouvement de la croûte terrestre peut provoquer la formation de vagues de fond
gigantesques, l’océan se comportant comme une mince couche se mettant en mouvement sur
l’ensemble de son épaisseur. Au large, le tsunami a l'apparence d'une ondulation. Au fur et à mesure
qu'il se rapproche des hauts-fonds, sa hauteur croit puis la vague déferle sur les côtes.
L'ensemble de ces phénomènes porte donc le nom de tsunami, mot japonais qui signifie
"vague de port". Le terme de raz de marée ou raz-de-marée ne convient pas car le phénomène n’a
aucun rapport avec les marées.
L'océan Pacifique y est particulièrement vulnérable, à cause de l'activité de la croûte terrestre
dans cette région. Au 20e siècle, le Japon, le Chili et l'île d'Hawaï (mais aussi les Philippines) ont eu
leur lot de victimes et de dommages matériels.
Le 26 décembre 2004, un séisme d'une magnitude de 9 sur l'échelle de Ric hter (géophysicien
américain qui le premier a introduit cette échelle graduée de 1 à 9 en 1935) s’est produit dans l'océan
Indien, au large de l'île indonésienne de Sumatra. Ce tsunami est le plus meurtrier de l'histoire faisant
plus de 150 000 victimes en Indonésie, au Sri Lanka, en Inde et en Thaïlande. Les vagues ont atteint
les côtes africaines de la Somalie, du Kenya et de la Tanzanie, où elles ont fait de l’ordre de 300
morts.
Localisation du séisme du 26/12/2004
Les tsunamis peuvent atteindrent une hauteur maximum de 10, 20 voir 30 mètres lorsqu'ils
touchent la côte. On assiste aussi à des répliques : on estime à 7 ou 8 le nombre de vagues arrivant à
intervalle de 15/30 minutes et pouvant causer des dommages jusqu'à ce que toute l'énergie soit
dissipée (la première vague n'étant pas forcément la plus grosse).
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Jean-Pierre GESLIN, IUFM du Bourget.
PLAN :
DERIVE DES CONTINENTS
et
TECTONIQUE DES PLAQUES
I - LA DERIVE DES CONTINENTS :
A) Les idées à la base de la théorie de Wegener
B) la théorie de Wegener
PAGE 2
II- LA TECTONIQUE DES PLAQUES :
PAGE 4
A) Les chaînes sous-marines : document de départ (carte du fond des océans)
B) Iles situées sur l'axe des dorsales ( ex. l'Islande)
C) Informations obtenues par sonars et bathyscaphes
D) Quelle est l'origine des basaltes observés au niveau des dorsales
E) L'hypothèse de Hess (la remontée des magmas est permanente)
F) Origine du magma
III- LES CONSEQUENCES DE LA TECTONIQUE DES PLAQUES :
A) Comment localiser les zones où la croûte disparaît ?
B) Que se passe-t-il lorsque 2 plaques se rencontrent ?
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IV- LES CHAINES DE MONTAGNES DU PRIMAIRE :
A) Plissement Calédonien
B) Plissement Hercynien
PAGE 15
V- ET AVANT LE DEBUT DU PRIMAIRE ?!
PAGE 19
VI- LES GRANDS PLISSEMENTS A L'ERE TERTIAIRE :
PAGE 20
VII - QUELS CONTENUS FAIRE ACQUERIR AUX ENFANTS DE CM2 :
PAGE 23
… document de synthèse élaboré avec une classe.
COMPLEMENTS :
1) ECHELLE GEOLOGIQUE DES TEMPS :
PAGE 23 BIS
2) LES VOLCANS : L'ESSENTIEL…
PAGES 24 à 26
3) LES SEIMES : L'ESSENTIEL…
PAGES 27 à 29
4) LES STUMANIS : L’ESSENTIEL…
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Jean-Pierre GESLIN, IUFM du Bourget.
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