2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des
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L'hypothèse des mouvements de convection dans le manteau, émise par Arthur Holmes en 1945, propose un moteur plausible à ces déplacements de continents. Mais c'est la compréhension du fonctionnement des fonds océaniques, avec l'hypothèse du double tapis roulant formulée par Harry Hess en 1962, qui marque une véritable révolution des sciences de la Terre. La théorie synthétique de la tectonique des plaques est énoncée en 1967 par l’Américain William Jason Morgan, le Britannique Dan McKenzie et le Français Xavier Le Pichon. L'hypothèse des mouvements de convection dans le manteau, émise par Arthur Holmes en 1945, propose un moteur plausible à ces déplacements de continents. (A)Holmes propose que l'existence de courants de convection dans le manteau, sous un grand bloc continental (comme la Pangée, par exemple), crée dans la croûte continentale des forces de tension. Ces forces de tension vont contribuer à fracturer la croûte continentale, avec, dans les fractures ouvertes, des venues de magma provenant du manteau. (B) La cristallisation de ce magma va créer de la croûte océanique composée de basalte. Toujours sous l'influence de la convection, la nouvelle croûte océanique va elle aussi se fracturer et être infiltrée par le magma. Il va donc se former ainsi continuellement de la nouvelle croûte océanique, un processus qui fera en sorte que les masses continentales vont s'éloigner l'une de l'autre. Pour Holmes, la surface terrestre est un espace fini, ce qui implique que s'il y a tension dans certaines zones, il doit y avoir compression ailleurs, ou encore, s'il y a formation de nouvelle croûte terrestre par endroits, il faut qu'il y ait destruction ailleurs. Cette destruction se fait dans les zones de compression où la croûte s'enfoncera dans le manteau, donnant naissance à des fosses océaniques profondes. Les chaînes de montagnes vont se construire dans ces zones de compression. La Terre possède une chaleur importante du fait de la radioactivité (désintégration du potassium, de l'uranium et du thorium) et de la chaleur d'accrétion initiale. Elle se refroidit en évacuant la chaleur à sa surface. Pour cela, on connaît trois mécanismes : conduction thermique, convection et transfert radiatif. Au niveau du manteau terrestre, la majeure partie du flux de chaleur est évacuée par la mise en mouvement des roches (convection). La convection est induite par la présence de matériel chaud (donc moins dense) sous du matériel moins chaud (donc plus dense). Ces mouvements sont très lents (de l'ordre de 1 à 13 cm/an). Harry Hess (1962) en faisant le levé de la carte bathymétrique, du Pacifique, il se questionna sur la signification des reliefs comme les dorsales, les fosses et les pics sous-marins. En 1962, il a proposé l'hypothèse du tapis roulant des fonds océaniques (sea floor spreadingl ou la théorie l 'étalement des fonds océaniques. ). Grâce au sonar, on a obtenu une image assez réaliste du relief des fonds océaniques (Atlantique; Pacifique). Ces observations venaient interpeller les scientifiques. A quoi correspondent ces dorsales médio-océaniques? Ces fosses profondes autour du Pacifique? Ces pics sous-marins pouvant s'ériger jusqu'à la surface des mers dans les plaines abyssales? L'analyse des relevés géophysiques et l'études des nombreux échantillons recueillis lors des diverses campagnes de forage ont permis de comprendre et de conforter l'hypothèse de l'étalement des fonds océaniques proposée par Harry Hesse. Les Programmes de forage DSDP et ODP. La répartition des âges de la croûte océanique et des sédiments, de plus en plus vieux en s'éloignant de la dorsale, vient appuyer la thèse de l'étalement des fonds océaniques. Morgan, MacKenzie & Parker1967 Ont réalisé qu'en fait la lithosphère se divise en un certain nombre de plaques qui bougent les unes par rapport aux autres en glissant sur l'asthénosphère (théorie de la tectonique des plaques). L'écorce terrestre n'est pas « homogène » elle est constituée de plaques qui dérivent à la surface et qui se frottent les unes contre les autres. Le moteur de ces mouvements est le phénomène de convection qui se produit à l'intérieur du manteau terrestre. L'intérieur de la Terre est composé de roches faiblement radioactives dont la désintégration produit de la chaleur. Certaines zones du manteau sont donc plus chaudes, et se mettent à monter vers la surface sous l'effet de la force d'Archimède (zone plus chaude donc moins dense => montée). Une fois refroidie en surface (ce qui évacue la chaleur produite à l'intérieur de la Terre), la matière replonge vers les profondeurs (zone plus froide donc plus dense => descente). Le système s'organise de telle façon que des zones « stables » apparaissent : à certains endroits, la matière monte (ce sont les dorsales), à d'autres endroits, elle redescend (ce sont les zones de subduction). En surface, la matière est simplement translatée des dorsales vers les zones de subduction. Sous l'effet du refroidissement, cette matière devient cassante et constitue de grandes plaques d'une épaisseur de 10 à 100 km. C'est ce mouvement, appelé tectonique des plaques, qui donne lieu à la dérive des continents. L'hypothèse de Wegener de la dérive des continents a été confirmée depuis une trentaine d'années par des observations géophysiques. Parmi celles-ci, la plus flagrante est sans nul doute la découverte de l'existence de bandes magnétiques dans les planchers océaniques, marquant un champ magnétique dirigé alternativement vers le Nord et vers le Sud. Ces bandes, parallèles à la dorsale, proviennent de l'aimantation rémanente du champ magnétique terrestre, piégé dans les roches magnétiques au moment de leur refroidissement, c'est-à-dire peu après leur sortie de la dorsale. La polarité du champ terrestre s'inversant plus ou moins régulièrement au cours du temps, on obtient cette « peau de zèbre », preuve de l'expansion des fonds océaniques et donc de la tectonique des plaques. Des déformation dans une zone donnée. Des estimations de la vitesse de cette dérive des continents ont pu être produites à partir de la datation de ces bandes et de leur largeur. L'inconvénient majeur de ces méthodes réside dans le fait qu'elles fournissent une estimation moyennée sur les temps géologiques. Les vitesses des déplacements actuelles pouvant être sensiblement différentes, il était indispensable de pouvoir mesurer la vitesse instantanée des déformations actuelles. Parmi tous les outils géodésiques terrestres et spatiaux dédiés à cette tâche, le GPS est particulièrement bien adapté à la mesure de la déformation dans une zone donnée. 1.2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 1 - Le Paléomagnétisme 1.2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 1 - Le Paléomagnétisme 1.2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 2 - Les Inversions du Magnétisme terrestre 1.2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 2 - Les Inversions du Magnétisme terrestre Le magnétisme ancien ou Paléomagnétisme. 1.2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 1.2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 1.2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 3. Les Anomalies magnétiques des Planchers océaniques 1.2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 3. Les Anomalies magnétiques des Planchers océaniques. La Tectonique étudie la nature et les causes des déformations des roches. Une plaque est un volume rigide, peu épais par rapport à sa surface . La tectonique des plaques est une théorie scientifique qui étudie la nature et les causes, de la déformation de la lithosphère. Déformation de la lithosphère: 1-Nature : découpage de la lithosphère en 14 plaques, qui bougent les unes par rapport aux autres, en glissant sur l'asthénosphère. 2 –Causes : forces internes de la terre. 2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques. les types de frontières(limites)(mouvements) entre les plaques. les mouvements définissent trois types de frontières entre les plaques: 1) les frontières divergentes, là où les plaques s'éloignent les unes des autres et où il y a production de nouvelle croûte océanique; 2) les frontières convergentes, là où les plaques entrent en collision, conséquence de la divergence; 3) les frontières transformantes, lorsque les plaques glissent latéralement les unes contre les autres le long de failles; ce type de limites permet d'accommoder des différences de vitesses dans le déplacement de plaques les unes par rapport aux autres. 2- Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 2.1 - Les frontières divergentes 1 -Désintégration radioactive de certains éléments chimiques , 2 - Production d’un flux de chaleur du centre, vers l'extérieur de la terre, 3 – Création de cellules de convection dans l’asthénosphère, 4 -Concentration de chaleur dans leur partie ascendante , 5-Fusion partielle du manteau, 6 -Production du magma , 7 -Dilatation de la lithosphère, 8 - Production de forces de tension dans la lithosphère, 9 -Divergence des plaques, 10 - Solidification du magma entre 2 plaques = création de la croûte océanique 11 -Création de la croûte océanique = Formation de dorsale. Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques Gros plan de la zone de divergence 1.2.1 - Les frontières divergentes 1 -Etalement des fonds océaniques, 2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 2.1 - Les frontières divergentes 1 -Accumulation de chaleur sous une plaque continentale , 2-Dilatation et bombement de la lithosphère, 3-Production de forces de tension, 4- Fracturation de la lithosphère, 5-Amorce du mouvement de divergence, 6- Infiltration du magma dans les fissures, 7-Formation d’un volcanisme continental. Vallée du Rio Grande aux USA 2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 2.1 - Les frontières divergentes 8-Étirement de la lithosphère, 9- Effondrement en escalier (gradins), 10- Production d une vallée appelée rift continental, 11- Épanchements de laves le long des fractures, 12-Mise en place de volcans. 1.2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 2.1 - Les frontières divergentes 13-Poursuite de l'étirement, 14-Enfoncement du rift sous le niveau de la mer, 15-Envahissent de la vallée par les eaux marines, 16- Séparation de la lithosphère continentale en 2 parties, 17- Éloignement l'une de l'autre, 18-Volcanisme sous-marin = formation du premier plancher océanique basaltique =croûte océanique, la Mer Rouge. 1.2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 1.2.1 - Les frontières divergentes les quatre étapes de la formation d'un océan 19-Élargissement de la mer linéaire, 20-Étalement des fonds océaniques, 21-Formation d'un océan de type Atlantique, avec : a- sa dorsale bien individualisée, b-ses plaines abyssales, c- ses plateaux continentaux. Océan de type Atlantique, 2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 2.2 - Les frontières convergentes. Un premier type de collision. Insulaire 2.2 - Les frontières convergentes Un premier type de collision. 1-Convergence entre 2 plaques océaniques, 2- la plus vieille s'enfonce sous la plus jeune, 3-Formation d’ une zone de subduction ( conduire en dessous), 4-Enfoncement de la lithosphère (d~3,2) (-chaude) dans l’asthénosphère(d~3,3) (+chaude), 5-Dijestion de la lithosphère par l’asthénosphère, 6-Fusion partielle de la lithosphère, 7-Production de magma, 8-Expulsion d’une partie du magma en surface et formation d’îles volcanique( arc insulaire) sur le plancher océanique, Le Pacifique-Ouest, avec les grandes fosses des Mariannes, de Tonga, des Kouriles des Aléoutiennes, chacune possédant leur arc insulaire volcanique, la fosse de Puerto Rico ayant donné naissance à l'arc des Antilles bordant la mer des Caraïbes Atlantique. 2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques. 2.2 - Les frontières convergentes Un second type de collision. Prisme d’accrétion 2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques Un second type de collision. 2.2 - Les frontières convergentes 1 -Convergence entre une plaque océanique et une plaque continentale, 2-la plaque océanique plus dense s'enfonce sous la plaque continentale, 3 Fusion partielle de la plaque océanique, 4-Production de magma, 5-Expulsion d’une partie du magma en surface et formation d’une chaîne de volcans ( arc volcanique) sur la croûte continentale. La Cordillères des Andes en Amérique du Sud reliés à la fosse du Pérou-Chili. Dans une phase avancée de la collision, le matériel sédimentaire qui se trouve sur les fonds océaniques et qui est transporté par le tapis roulant vient se concentrer au niveau de la zone de subduction pour former un prisme d'accrétion. Pacifique Est, les volcans de la Chaîne des Cascades (Cascade Range) aux USA (incluant le Mont St. Helens) résultat de la subduction dans la fosse de Juan de Fuca. La Cordillères des Andes en Amérique du Sud reliés à la fosse du Pérou-Chili. Dans une phase avancée de la collision, le matériel sédimentaire qui se trouve sur les fonds océaniques et qui est transporté par le tapis roulant vient se concentrer au niveau de la zone de subduction pour former un prisme d'accrétion. Un prisme d'accrétion est un prisme sédimentaire qui se trouve dans une fosse au niveau d'une zone de subduction. La plaque tectonique océanique plongeante (subduite) fait accumuler les sédiments marins et les comprime contre la plaque sus-jacente (chevauchante). Il se forme un prisme de sédiment seulement si l'angle de la subduction (le plan de Wadati-Benioff) est faible. Les sédiments sont comprimés jusqu'à former des écailles qui se redressent venant former un bourrelet caractéristique de la subduction, et qui peut parfois émerger par endroits. L'île de la Barbade Barbados (en) Barbade (fr) La Barbade est la partie émergée d'un prisme d'accrétion, en effet la partie océanique de la plaque nord-américaine se trouvant sous l'Atlantique est en subduction sous la plaque caraïbe, ce qui entraîne au niveau de la fosse océanique l'obduction des sédiments océanique ; ils s'accumulent et atteignent parfois la surface, c'est ce qui se passe à Barbade, elle est donc une île constituée de roches sédimentaires contrairement à la majorité des îles des Antilles qui ont pris naissance grâce au volcanisme de subduction. 2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 2.2 - Les frontières convergentes Un troisième type de collision. 2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 2.2 - Les frontières convergentes Un troisième type de collision. 1- Convergence de deux plaques continentales, 2-Fermeture de l'espace océanique , 3- Accroissement du prisme d’accrétion. 2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 2.2 - Les frontières convergentes Un troisième type de collision 2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques 2.2 - Les frontières convergentes Un troisième type de collision 4-Collision entre les 2 plaques car le mécanisme se coince, 5- Compression et soulèvement des sédiments en chaîne de montagne, avec: - des roches plissées, faillées et métamorphiques, -des lambeaux de la croûte océanique coincés dans des failles, Soudure entre deux plaques continentales pour n'en former qu'une seule. Soudure de l'Inde au continent asiatique, il y a à peine quelques millions d'années, avec la formation de l'Himalaya. 2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques - Les frontières transformantes. Q- C’est quoi une frontière transformante? R -C’est de grandes fractures qui affectent toute l'épaisseur de la lithosphère; on utilise plus souvent le terme de failles transformantes. Q- Ou se trouves- t -elles? R -le plus souvent, dans la lithosphère océanique. Q- Que permettent -elles? R –Elles permettent : 1-d'accomoder les vitesses de déplacement entre les plaques, 2- de faire le relais entre des limites divergentes et convergentes, (ces failles transforment le mouvement entre divergence et convergence, de là leur nom de failles transformantes). Q- Quel est le bon exemple? R –La faille de San Andreas en Californie : ( (Elle assure le relais du mouvement entre la limite divergente de la dorsale du Pacifique-Est, la limite convergente des plaques Juan de Fuca-Amérique du Nord et la limite divergente de la dorsale de Juan de Fuca.) le affecte à la fois la lithosphère océanique et la lithosphère continentale. Elle constitue la limite entre trois plaques: plaque de Juan de Fuca, plaque de l'Amérique du Nord et plaque du Pacifique. Elle présente aussi l'inconvénient de traverser la ville de San Francisco! Au rythme actuel du déplacement (~ 5,5 cm/an), la ville de Los Angeles sera au droit de San Francisco dans 10 Ma. Q-A quel rythme se font les mouvements convergent et divergent ? R- La divergence varie : - de 1,8 à 4,1 cm/an dans l'Atlantique; -de 7,7 à plus de 18 cm/an dans le Pacifique. La convergence se fait à raison de 3,7 à 5,5 cm/an dans le Pacifique. le déplacement latéral le long de la faille de San Andreas en Californie est de 5,5 cm/an. 2 Une Théorie planétaire: la Tectonique des Plaques En résumé La terre est une machine. Le moteur est l'action de la gravité terrestre et de convection dans le manteau. La convection cause une fusion partielle du manteau. la fusion partielle du manteau cause l’ expansion des matériaux. L’ expansion produit une dorsale médio-océanique . L'écoulement de l'asthénosphère sous la lithosphère rigide entraîne la dorsale. La dorsale est sous tension,causant : -la divergence, - le magmatisme , -La formation continuelle de nouvelle lithosphère océanique, - l’ élargissement progressif de l'océan. -la destruction de la lithosphère océanique par son enfoncement dans les zones de subduction qui correspondent aux fosses océaniques. Carte de l'activité tectonique soulignant les limites de plaque. Oceanic crust collide with continental crust, like you have along northern California to Washington coastline. This creates trenches and volcanic mountains. Earthquakes are common in this type of collision. Oceanic crust and oceanic crust "bump" into each other. This creates trenches, island arcs, volcanoes and earthquakes. An example of this type of collision is the Japanese Islands in the western Pacific Ocean. Continental crust that bumps into another continental crust produces very large mountain ranges, like in the Himalaya Mountains on the southern Asian continent. This produces earthquakes but no volcanoes On each side of the midocean ridges there were magnetic stripes. The stripes showed that at several times in Earth’s history, the magnetic poles have reversed. The stripes matched up on each side of the midocean ridge ocean-floor spreading P (push/pull, compression, primary) and S (shear, secondary). P waves are faster than S waves. S waves cannot travel through liquid. P waves can travel through liquids and solids. These basic facts (plus many more) help geologists to interpret the inner structure of the Earth. Without data from waves, we could not determine the boundaries. We cannot even Plate Tectonics
