Tectonique des plaques
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MODULE DE GEOLOGIE II . GEODYNAMIQUE EXTERNE GEODYNAMIQUE INTERNE Tectoniques plaques Déformation de l’écorce terrestre Matériaux de l’écorceterrestre Volcans • L’élément de géodynamique interne comporte Cours magistral Travaux dirigés Travaux pratiques • Géodynamique interne • concerne les mouvements et les processus qui affectent l’intérieur de la terre. Son rôle fondamental est la déperdition de la chaleur produite à l’intérieur de la terre par la désintégration radioactive de certains éléments chimiques . • Cette déperdition est liée aux déplacement de plaques rigides à la surface de la terre et les grands phénomènes géologiques comme les tremblement de terre volcans les déformations de la croûte et la formation des chaînes de montagnes. La Terre machine Thermique Tectonique des plaques Les continents, les formes de relief seraient stables. Mais des perturbations, brèves par rapport aux phases de stabilité, des « catastrophes » provoqueraient des mouvements verticaux et latéraux de l’écorce terrestre, créateurs des montagnes, des fossés, des bassins, dont les plus vastes sont les bassins océaniques. On intègre une certaine mobilité des continents ou du niveau de la mer mouvements brefs à l’échelle du temps géologique, séparant de longues phases d’érosion sur un continent stable ou à peu près stable Avant Wegener aa Phénomènes géologiques inexpliqués Volcans, Tremblements de terres, montagnes, océans… Ecole des fixistes Ecole des mobilistes Les continents, et les formes de relief connaissent une mobilité généralisée et permanente . Ils s’appuyaient sur les preuves de mouvements constants de l’écorce terrestre que sont les séismes, les éruptions volcaniques, les couches de roches plissées dans les montagnes. On explique la formation des chaînes de montagnes et des océans en comparant la surface de la Terre à la peau d’une pomme qui se ride et se déchire en vieillissant. Tectonique des plaques morphologiques Dans sa forme primitive (WEGENER 1912) la théorie de fla tectonique des plaques a été basée sur des arguments paléontologiques Paléo-climatiques TECTONIQUE DES PLAQUES Wagener propose sa théorie. La dérive des continents →Elle est basée sur le processus de l’isostasie →les continents constituent des radeaux de Sial (croûte) flottant sur une couche de SiMa fluide ( manteau). →Les continents se déplacent sur la couche des SiMa Pangée de 200 Ma Actuellement TECTONIQUE DES PLAQUES • Le développement technologique à permis de recueillir des connaissances considérables sur le continent et sur les fonds océaniques qui ont permis de retenir cette théorie et amandée: la théorie de la tectonique des plaques • Cette théorie a fourni pour la première fois une explication logique et unitaire de la plupart des phénomènes fondamentaux des sciences de la terre • • • • • forme des continents La position des bassins océaniques La disposition des chaînes de montagnes La disposition des ceintures sismiques La disposition des ceintures volcaniques Arguments Morphologiques PREUVES D’UNE MOBILITE HORIZONTALES ARGUMENTS MORPHOLOGIQUES Arguments Structuraux Arguments Sédimentologiques Paléoclimatiques . TECTONIQUE DES PLAQUES Les deux continents s’emboitent Parfaitement y compris les boucliers de l’Amériques du Sud et d’Afrique ARGUMENTS STRUCTURAUX Répartition des fragments de la chaîne Calédonienne entre l’Amérique du Nord, l’Afrique et L’Europe(470-350 MA) ARGUMENTS PALEONTOLOGIQUES TECTONIQUE DES OPLAQUES ARGUMENTS SEDIMENTOLOGIQUES ET PALEOCLIMATIQUE On observe, sur certaines portions des continents actuels, des marques de glaciation datant d'il y a 250 millions d'années, indiquant que ces portions de continents ont été recouvertes par une calotte glaciaire. ARGUMENT PALEOMAGNETIQUES •La partie supérieure du noyau est liquide et elle est le siège de mouvements convectifs turbulents générant le champ magnétique •La terre se comporte alors comme un gigantesque dynamo •Les mouvements convectifs génèrent un vaste champ magnétique qui enveloppe la terre •Comme la matière constituant le noyau est en perpétuel mouvement alors les pôles magnétiques sont constamment en déplacement. Ainsi le pôle Nord magnétique ne correspond pas au pôle Nord géographique actuellement au niveau du canada ARGUMENTS PALEOMAGNETIQUES Les paramètres du champs magnétique terrestre Déclinaison Inclinaison magnétique varie de 0à 90° en fonction de la latitude Intensité du champ magnétique décalage entre le pôle magnétique et géographique variables en f(t) et f(lieu) TECTONIQUE DES PLAQUES La magnétites (FeO4) et d’autres minéraux contenant du fer peuvent se magnétiser →Elles se disposent parallèlement au champ magnétique terrestre →Elles présentent aussi une inclinaison en fonction de la latitude Cette magnétisation se produit au dessous d’une température de 580°C appelée point de curie TECTONIQUE DES PLAQUES Dans la nature la magnétite se rencontres dans les roches en particulier les roches magmatiques (proviennent de la cristallisation d’un magma ou laves) et sédimentaires Dans une lave qui se refroidit la plupart des minéraux cristallisent au dessus de 700°C donne une roche qui continue à se refroidir . Lorsque la température atteint le point de curie (580°C) tous les 580°C Point de Curie cristaux de magnétite dans la roche deviennent alors des petits aimants qui enregistrent la direction et l’inclinaison du pôle magnétique Nord. Ce magnétisme sera conservé dans la roche Les études du paléomagnétisme montrent que certaines roches enregistrent des événement de polarités inversées ou inversions magnétiques. Champ magnétique inverse Champ magnétique normale Observez les flèches qui différencient le pôle Nord du pôle Sud On parle d’inversion magnétique : Quand le nord devient le sud on parle d’inversion magnétique Ce phénomène s’est déjà arrivé quelques centaine de fois en 160 MA. La dernière fois c’était il y a 780000 ans (événement Brunhes –Matayama) •→Ce changement de temps en temps de la direction du champ magnétique terrestre demeure inconnu. •→Ils nous donnent des informations importantes pour la théorie de la tectonique des plaques •→La figure ci-dessous montre l’enregistrement des inversions magnétiques pendant les 4.5 MA. TECTONIQUE DES PLAQUES A partir de laves relativement récentes, on construit une échelle des inversions de la polarité magnétique pour les derniers 4.5 Ma On fait des regroupements en époques et en événements. Il y a eu des époques où c'est la polarité normale (en jaune) qui a dominé (Bruhnes, Gauss) et des époques où c'est la polarité inverse (Matuyama, Gilbert). A noter que les époques ont été dédiées aux grands pionniers de notre compréhension du magnétisme terrestre, alors que les événements portent des noms de lieux. TECTONIQUE DES PLAQUES La réalisation des cartes paléomagnétiques du plancher océanique lors des missions océanographiques ainsi que les mesures des intensités du champ magnétique montrent: Les anomalies paléomagnétiques s’organisent en bandes subparallèles entre elles. Les bandes paléomagnétiques sont parallèles à l’axe de la dorsale océanique. Les bandes paléomagnétiques sont symétriques par rapport à l’axe de la dorsale Vieillissement des terrains au fur et à mesure que l’on s’éloigne de l’axe de la dorsale TECTONIQUE DES PLAQUES TECTONIQUE DES PLAQUES TECTONIQUE DES PLAQUES Ces aspects impliquent un renouvellement et étalement du plancher océanique au niveau des dorsales médioocéaniques TECTONIQUE DES PLAQUES • La lithosphère est découpée en un certain nombre de plaques qui bougent les uns par rapport aux autres en glissant sur l’asthénosphère • Une plaque est définie comme étant une zone stable non sismique dotée d’une rigidité, et une poussée imprimée à l’un de ses bords est transmise intégralement à l’autre même s’ils sont distants de 1000km • Les plaques comprennent de surfaces océaniques et des surfaces continentales • Les plaques sont limitées par des zones très sismiques et généralement très étroites LES DIFFERENTES PLAQUES LITHOSPHERIQUES Pacifique Eurasie Afrique Antarctique Indo – Australienne Amérique du Nord Amérique du sud Nazca Philippines Arabie Coco Caraïbes TECTONIQUE DES PLAQUES LIMITES DES PLAQUES LITHOSPHERIQUES TECTONIQUE DES PLAQUES Limites en extension le long de laquelle les plaques s’éloignent l’une de l’autre et son représentées par des dorsales médio-océaniques et des rift intracontinentaux. Ces zones sont le lieu de la formation de la croûte océanique. Ces limites est caractérisée par un rift valley une activité sismique un flux de chaleur important Une activité volcanique basaltique DORSALES ET FOSSES OCEANIQUES Répartition des dorsales TECTONIQUE DES PLAQUES TECTONIQUE DES PLAQUES RIFT VALLEY Dépressions profondes et allongées Crées par un phénomène d’extension L’écartement qui en résulte est comblé par des injections successives de magma basaltique Profondeur 1 à 2 km large de 30 km Ils peuvent être déplacés latéralement bifurquer ou obstrués par un volcan Ils peuvent être sous marins ou émergés (Island) ou continentaux Il sont bordés de chaque côté d’une chaîne de montagne l’ensemble des deux chaîne constituent une dorsale Ils sont le siège d’écartement de la lithosphère Les plaques sont poussées de part et d’autre par des basaltes Au centre d’expansion la croûte océanique devient magnétisée. L’inversion la plus récente Cet épanchement provoque la création des fonds 73000 ans océaniques de plus en plus jeune à l’approche des les inversions magnétiques les plus anciennes dorsales (preuve d’un aspect de la tectonique des 165MA. les supérieurs à 185MA ont subductées plaque) TECTONIQUE DES PLAQUES Aspect du centre de la ride Failles Volcans Lorsque la vitesse d'expansion est faible, une étroite vallée axiale, aussi appelée rift, a le temps de se former par effondrement des roches bordant la dorsale. La fracturation d’une ride lente permet la formation d’une vallée axiale d’environ 25 à 50 km de large et 2 km de profondeur. À l’axe d’une ride rapide, le magma remonte abondamment au niveau de la dorsale et le rift n'a pas le temps de se former. L’axe est lisse et surélevé et présente une fosse modeste limitée à 100 m de large et 10 m de profondeur. TECTONIQUE DES PLAQUES Les plaques lithosphériques se déplacent lentement au dessus d’une source de magma profond fixe en créant un volcan à la surface VITESSE DE DEPLACEMENT DES PLAQUES GPS Cartes paléomagnétiques Vitesse relative car toutes les plaques se déplacent en même temps Volcans des points chauds Vitesse absolue On utilise des points de référence ou des points fixes qui ne participent pas à la tectonique des plaques ce sont les points chauds: îles Hawaii TECTONIQUE DES PLAQUES GPS Mesures géodésiques spatiales: GPS, SLR, VLBI TECTONIQUE DES PLAQUES Satellite GPS GPS1.htm TECTONIQUE DES PLAQUES Comment fonctionnent les volcans des points chauds TECTONIQUE DES PLAQUES La vitesse des plaques dépend de : ––Surcharge des plaques par les continents ––Taux de production de magma au niveau des dorsales FORMATION D’UN OCEAN TECTONIQUE DES PLAQUES L’évolution des zones divergentes TECTONIQUE DES PLAQUES . La topographie des fonds océaniques dépend Croissance de la croûte au niveau des dorsales Age de croûte La vitesse d’expansion Les vitesses importantes 9 à 18cm/an → La nouvelle croûte est produite rapidement → Donc il y a beaucoup de magmatisme → Cela implique la présence d’une anomalie thermique importante → La dorsale possède une altitude importante Vitesses faibles 1 à 5cm/an →Beaucoup moins de magmatisme →Anomalie thermique faible →Un dorsale relativement basse TECTONIQUE DES PLAQUES Age de la coûte océanique La ride et les reliefs qui les entourent sont des endroits élevés car la lithosphère en dessous est dilatée thermiquement à cause de l’anomalie thermiques sous les dorsales Lorsque la lithosphère s’écarte progressivement se la ride: →Elle se refroidit →Elle se contracte. →La distance entre le fond marin et le niveau marin augmente →une profondeur constante du fond marin est atteinte après 100MA →La profondeur de la croûte océanique donne donc une estimation de l’âge de la croûte Profondeur (en m)=2500+350√t TECTONIQUE DES PLAQUES Suivons comment évolue le plancher océanique à partir de sa création, à la dorsale. Sa composition de départ est globalement du basalte et du gabbro. La lithosphère océanique au niveau des dorsales a une densité relativement faible. Elle est encore chaude, mince et légère. Elle « flotte » donc facilement sur l'asthénosphère. Plus la lithosphère océanique s'éloigne des dorsales, plus elle est âgée. Plus elle est âgée, plus elle est dense et épaisse. D'autre part, plus la lithosphère est vieille, plus le plancher océanique est profond. L'augmentation de densité est liée à son refroidissement : plus elle est froide, plus elle se contracte. La même quantité de matière occupant un volume moindre, sa densité augmente. En s'éloignant de la dorsale, cela rend donc la lithosphère océanique de plus en plus dense. L'épaisseur de la lithosphère est aussi liée à son refroidissement. Comme une couche de glace sur un lac, qui épaissit lors d'une baisse de la température extérieure. En se refroidissant, elle incorpore du manteau asthénosphérique sous-jacent, et son épaisseur passe de quelques km à 100 km. Lorsque l’activité d’une dorsale cesse → Pa s d’écartement → La dorsale s’affaisse → Les reliefs sous marins disparaissent suite à un réajustement isostasique TECTONIQUE DES PLAQUES LIMITES DES PLAQUES CONVERGENTES La terre est un espace fini Les plaques grandissent aux limites divergentes Pour maintenir la surface de la terre constante Il faudra détruire la lithosphère générée au niveau des dorsales Cette destruction se fait au frontière convergente (zones de subduction) par l’enfoncement dans l’asthénosphère d’une plaque sous l’autre et la fusion de la portion de la plaque enfoncée. TECTONIQUE DES PLAQUES Les zones de subduction se présentent Sous forme de dépressions longues (plus de1000km) étroites et très profondes (6000m à 11000m). La fosse la plus profonde : Mariannes (11022m) Ces dépression sont le lieu de dépôts sédimentaires qui réduisent leurs profondeurs Les fosses océaniques sont généralement arqués et du côté de concavité on trouve - soit une chaîne d’îles volcaniques: arc insulaire (le Japon, les Aléoutiennes) - soit deux chaînes d’îles (arc insulaire volcanique et arc insulaire sédimentaire) (Antilles) - soit un continent et dans ce cas les fosses sont moins arquées (Amérique centrale, Pérou Chili) TECTONIQUE DES PLAQUES Les différents types de limites convergentes TECTONIQUE DES PLAQUES Les zones de subduction Soulignés en surface par les fosses océaniques La croute s’enfonce dans le manteau supérieur avec un angle variable en fonction de la densité de la plaque plongeante (15°-90°) généralement entre 45-50° Cette enfoncement est mis en évidence par la localisation des foyers sismiques Les foyers sismiques sont de plus en plus profonds au fur et à mesure que l’on s’éloigne de la fosse. Les foyers sismiques sont situés sur un plan incliné : Plan de Bénioff. TECTONIQUE DES PLAQUES Comment fonctionne une zone de subduction La plaque subductée se réchauffe au fur et à mesure qu’elle descend. A une certaine profondeur la partie supérieur de la plaque atteint la température de fusion et commence à fondre (fusion partielle) Ce processus produit un magma andésitique Les magmas montent vers le surface et créent une chaine de volcans: Arc magmatique ( Arc insulaire ou arc continental). L’arc magmatique est parallèle à la fosse et distant de celle-ci de 100 à 400km TECTONIQUE DES PLAQUES Plus la croûte océanique est âgée et froide, plus grande est la vitesse de descente, et plus grand l’angle de subduction Lors de la descente la température de la lithosphère augmente Les tremblements de terre peuvent se dérouler entre la plaque froide et le manteau chaud tant que la plaque reste relativement rigide et cassante. Les courbes de températures à l’intérieur du globes sont constants, et lorsqu’une plaque de100km qui descend rapidement avec une pente de 45° et une vitesse de 8cm/an, elle refroidira le manteau environnant et les courbes de températures s’infléchissent et sera réchauffé lentement pendant sa descente La lithosphère conserve des propriétés relativement rigides jusqu’à une frondeur entre 600 et 700km. Au delà de ces profondeurs la lithosphère fond et les tremblements de terre cessent ( pas de foyer sismiques en dessous de 700km Conditions thermiques des zones de subduction TECTONIQUE DES PLAQUES Comment naissent les zone de subduction L’évolution thermique de la lithosphère océanique la conduit à s’épaissir et à devenir plus dense que l’asthénosphère au fur et à mesure qu’elle s’écarte de la dorsale. Sa partie supérieure(la croûte océanique) moins dense que l’asthénosphère, force la lithosphère à rester en surface et c’est l’épaississement progressif du manteau lithosphérique qui est à l’origine de la subsidence. À partir d’un certain poids, donc d’un certain âge, la lithosphère océanique a naturellement tendance à s’enfoncer dans l’asthénosphère car la densité de celle-ci augmente et devient supérieur à celle de l’asthénosphère TECTONIQUE DES PLAQUES Arrêt des zones de subduction Interruption de la descente de la plaque dans le manteau Intervention de l’isostasie La croûte enfoncée cause une anomalie isostasique négative La croûte va se relever et donner formation d’un Arc insulaire Sédimentaire ou une véritable chaîne de montagne En fonction de la durée des courants connectifs TECTONIQUE DES PLAQUES Failles verticales ou subverticales aux marges des plaques Elles favorisent un glissement horizontale des plaques Elles transforment les contraintes extensionnelles issues des rifts en mouvement horizontaux Il n’ya ni création ni destruction de la coûte au niveau de ces limites Elles sont différentes des failles de décrochement Elles ont un tracé rectiligne et très long marqué par des zones de roches broyées. Le mouvement génère des tremblement de terre Il n’y a pas de volcanisme associé LIMITES PAR FAILLES TRANSFORMANTES Les failles transformantes assurent le réajustement des mouvements des plaques vis à vis de la rondité de la terre TECTONIQUE DES PLAQUES Différentes limites par failles transformante Fracture zone F. transformante Ride - Ride Ride - fosse F. transformante F. transformante Fosse - fosse TECTONIQUE DES PLAQUES Faille de San Andreas TECTONIQUE DES PLAQUES Les causes de la tectonique des plaques La lithosphère et l’asthénosphère sont liées Et tout mouvement ou déplacement de la lithosphère se reproduit dans l’asthénosphère Le déplacement nécessite de l’énergie cinétiques qui provient de l’énergie interne de la terre. Cet énergie atteint la surface par les courants de convection dans le manteau Convection dans le manteau La base de la lithosphère se comporte comme un liquide visqueux Lorsqu’une source de chaleur commence à chauffer une partie du manteau un courant de convection apparait. La partie chauffée se dilate devient moins dense et monte vers la surface comme un panache Prés de la surface elle se refroidit devient plus dense et coule vers l’intérieure La convection est fondamentale pour le déplacement des plaques (moteur de la tectonique des plaques) TECTONIQUE DES PLAQUES Mouvement de la lithosphère La nouvelle lithosphère produite au niveau d’une ride repousse les plaques. Loin de la ride la lithosphère froide et dense interrompe la stratification stable de densité observées prés des rides Elle coule dans le manteau en créant des zones de subductions et les plaques sont tirées latéralement Lorsque la plaque descend les roches dans l’asthénosphère s’écoulent vers les rides pour remplir l’espace provoqué par sa descente La lithosphère glisse le long d’une pente (forte au niveau des rides et faible plus loin) TECTONIQUE DES PLAQUES FIN DU CHAPITRE MERCI DE VOTRE ATTENTION
