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Chapitre 1
La mobilité des continents :
naissance d’une idée
UNITÉ
La naissance de la théorie de la dérive des continents [pp. 76-77 du manuel de l’élève]
1
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Au début du XXe, les premières idées évoquant la mobilité horizontale
s’appuient sur quelques constatations :
– la distribution bimodale des altitudes (continents/océans) ;
– les tracés des côtes ;
– la distribution géographique des paléoclimats et de certains fossiles.
• Comprendre les difficultés d’acceptation des premières idées de mobilité.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 et 2 (Mettre en relation des informations). Voir le
schéma p. 88. Cette activité doit permettre à l’élève d’appréhender
l’argumentation de Wegener et de reconstituer la position initiale
des deux continents à partir de diverses données géographiques,
géologiques, paléontologiques et climatologiques.
➋ Doc. 3 et 4 (S’informer pour établir une relation entre diffé-
rents documents). Wegener interprète la distribution statistique du
relief (doc. 3) comme le signe d’une différence de matériau pour
les continents et les océans. Les continents, formés d’un matériau
moins dense (le SIAL), seraient en équilibre sur un matériau plus
dense (le SIMA) qui constituerait le plancher des océans. Sur la
base de l’idée de mouvements verticaux du SIAL sur le SIMA, il
imagine également la possibilité de déplacements horizontaux des
continents.
➌ Doc. 1, 2 et 5 (Interpréter des faits d’observation). La théorie
des translations de Wegener se base sur les liaisons continentales
passées, dont témoignent les vestiges glaciaires, paléontologiques
et géologiques. Le déplacement des continents, possible selon
l’analyse que Wegener fait de la répartition des altitudes à la sur-
face terrestre, rend vraisemblable la théorie de la dérive des conti-
nents, à partir de « socles continentaux jadis contigus ».
➍ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse). La
synthèse doit reprendre l’ensemble des arguments géographiques,
lithologiques, paléontologiques et climatologiques présentés dans
cette double page.
Conseils et suggestions
- La théorie de la tectonique des plaques a été présentée au col-
lège. Il s’agit en Première S de montrer comment ce modèle s’est
peu à peu construit en mettant en œuvre, comme le demande le
programme, une approche historique. Ainsi, les faits sont replacés
dans le contexte scientifique de l’époque où ils ont été mis en
évidence.
– À l’époque d’Alfred Wegener, les scientifiques s’accordent pour
dire que la Terre est entièrement solide, sans toutefois partager la
même vision de son histoire « tectonique ». Dès 1880, une corréla-
tion entre l’Europe et l’Amérique est établie sur la base des vestiges
des orogénèses hercyniennes et calédoniennes. Celles-ci suggèrent
que l’océan Atlantique fut également le siège de ces orogénèses :
c’est la théorie des ponts continentaux, effondrés dans les océans
(E. Suess et Haug). L’autre vision plaide pour la permanence des
continents et des océans, compatible avec le principe de l’isostasie
et l’existence de géosynclinaux en bordure des continents. Selon
cette idée, l’hypothèse des effondrements de ponts continentaux
est incompatible avec l’isostasie. Wegener fera la synthèse de ces
deux visions contradictoires.
– Si l’idée d’une mobilité continentale avait déjà été émise au
XIXe siècle, le mérite de Wegener fut d’étayer cette hypothèse
au moyen d’arguments scientifiques. Pour cette première unité,
le choix a donc été fait de présenter d’abord les faits observés
et réunis par Wegener (page de gauche) puis leur interprétation
(page de droite).
– L’un des éléments essentiels de la controverse opposant Wegener
et ses contradicteurs est la dualité océan-continent, mise en évi-
dence par la distribution statistique du relief à la surface de la Terre
et montrée par la courbe de Trabert (doc. 3).
Thème 2 – ChapiTre 1 19
la teCtonique des plaques :
histoire d’un modèle
thème 2
Le doc. 2 correspond à deux clichés permettant de localiser la
protéine Her-2 sur un tissu sain et sur un tissu cancéreux issu d’une
tumeur du sein. Une coloration marron, témoin de la présence de
Her-2, est largement visible sur le tissu cancéreux alors qu’elle ne
l’est pas sur le tissu sain. Les cellules cancéreuses contiennent donc
davantage de protéine Her-2 que les cellules saines.
Le doc. 3 est un tableau nous renseignant sur la quantité d’ARNm
Her-2 présents dans des cellules saines et des cellules cancéreuses
issues de tumeurs du sein. Dans les cellules saines, l’ARNm Her-2
est environ 2 fois plus abondant que l’ARNm TBP (ARN témoin)
alors que dans les cellules cancéreuses il est environ 300 fois plus
abondant.
Finalement, les cellules cancéreuses ne contiennent pas les mêmes
protéines que les cellules saines. En particulier, elles contiennent
beaucoup plus de protéine Her-2 que les cellules saines : le phéno-
type moléculaire est donc perturbé dans les cellules cancéreuses.
Comme elles présentent aussi beaucoup plus d’ARNm Her-2, on
peut penser que c’est l’expression de l’information génétique, en
particulier la transcription, qui est perturbée dans les cellules can-
céreuses.
Thème 1 – exerCiCes
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Conseils et suggestions
– La théorie des translations de Wegener (1912) a donné lieu à
des débats qui menèrent à l’abandon de la théorie malgré des
arguments convaincants de Wegener : il manquait un moteur à la
mobilité horizontale des continents.
– À la théorie des ponts continentaux (doc. 1) avancée par Émile
Haug (et E. Suess), Wegener répond par l’impossibilité physique
pour le SIAL de s’enfoncer dans le SIMA de densité plus importante.
Cet argument se retournera contre Wegener : si le SIMA est plus
rigide que le SIAL, alors celui-ci ne peut se déplacer à sa surface.
– Les données sismiques enregistrées à la fin du XIXe siècle prou-
vent que les parties internes du globe sont solides. Selon les détrac-
teurs de Wegener, cet état physique du globe est incompatible avec
la mobilité des continents. Pourtant, dans la dernière édition de son
livre « La genèse des continents et des océans », Wegener évoquait
déjà la viscosité et non pas la rigidité des matériaux internes
– Comme demandé par le nouveau programme de Première S,
les données sismiques ne sont pas appréhendées ici pour établir
la structure interne du globe et mettre en évidence des zones de
discontinuités profondes. En d’autres termes, on ne cherche plus à
établir le modèle PREM – qui est un modèle récent – mais à replacer
dans l’histoire du modèle de la tectonique des plaques l’apport de
l’étude des ondes sismiques. Dans cette unité, ces données témoi-
gnent de l’état solide du globe et, dans l’unité 3, de la distinc-
tion entre la croûte océanique et la croûte continentale. Plus loin
(chapitres 2 et 3), les ondes sismiques permettent de distinguer
la lithosphère de l’asthénosphère et de mettre en évidence le phé-
nomène de subduction via la technique de tomographie sismique.
– Une modélisation analogique est possible (voir p. 81) : elle utilise
un logiciel (Audacity par exemple, logiciel libre). De nombreux
serveurs académiques présentent des protocoles d’enregistrements
d’ondes sismiques. Une modélisation numérique de la propagation
des ondes sismiques dans les parties internes du globe est égale-
ment possible : on peut par exemple utiliser le module « Modèle
Terre » du logiciel Sismolog.
L’abandon de la théorie de la dérive des continents [pp. 78-79 du manuel de l’élève]
2
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Ces idées se heurtent au constat d’un état solide de la quasi-totalité
du globe terrestre établi, à la même époque, par les études sismiques.
L’idée de mobilité horizontale est rejetée par l’ensemble de la commu-
nauté scientifique.
• Comprendre les difficultés d’acceptation des premières idées de mobilité.
• Réaliser et exploiter des modélisations analogique et numérique pour
établir un lien entre propagation des ondes sismiques et structure
du globe.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 et 2 (Confronter des arguments). Pour les adversaires
de Wegener (les « fixistes »), les ponts continentaux expliquent les
corrélations transatlantiques des faunes et flores et invalident la
théorie de la dérive des continents. Pour les partisans de celle-ci
(les « mobilistes »), les ponts continentaux sont physiquement
impossibles en raison de la différence de densité du SIAL et du
SIMA.
➋ Doc. 3 A 4 (Mettre en relation des informations). Le doc. 4
explique que les ondes S ne se propagent pas dans les liquides. Or,
l’enregistrement à Postdam, du séisme du Japon, montre que des
ondes S ont traversé les zones profondes du globe (doc. 3). C’est
la première preuve que le manteau n’est pas liquide, mais solide.
➌ Doc. 5 (Utiliser un modèle numérique). La modélisation
montre que les ondes S se propagent dans les couches de sur-
face (la « croûte ») et mais aussi dans les couches internes (ici, le
« manteau ») de la Terre. Celles-ci sont donc solides. Cette rigidité
est difficilement compatible avec le déplacement horizontal des
continents (mais également incompatible avec l’effondrement des
ponts continentaux).
➍ Doc. 6 (Saisir des informations). Compte tenu de la rigidité
de la croûte et du manteau, le déplacement horizontal des conti-
nents requiert une force très importante, susceptible de déplacer
des masses continentales. Wegener avait envisagé des forces
insuffisantes et tout à fait inadaptées. C’est la raison du rejet de
la théorie de la dérive des continents. [NB : en 1928 (alors que
Wegener est encore vivant), les travaux d’A. Holmes évoquent la
possibilité d’une mobilité horizontale des continents par des forces
de convection internes].
➎ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
Il s’agit pour l’élève de reprendre les différents éléments présentés
ci-dessus : discussion de la mobilité possible des continents, verti-
cale (théories des ponts continentaux) ou horizontale (dérive des
continents) ; apport de données sismiques nouvelles quant à la
structure interne de la Terre, insuffisance du modèle de Wegener,
auquel il manque des forces expliquant le déplacement des masses
continentales à la surface d’une Terre rigide.
Thème 2 – ChapiTre 1
20
Conseils et suggestions
– L’un des éléments clé de la controverse présentée dans les
unités précédentes est la dualité continents-océans. Mais, au début
du XXe siècle, les océans sont méconnus. L’essor de l’exploration
océanographique et en particulier de la prospection sismique en
milieu océanique va contribuer à partir des années 1950 à établir
le contraste géologique entre continents et océans.
– L’avancée des connaissances sur la structure et la composition de
la croûte océanique va permettre après-guerre, de relancer l’hypo-
thèse mobiliste. De ce point de vue, il est intéressant de montrer
aux élèves que comme souvent en sciences, les progrès techniques
permettent l’évolution des idées.
– Cette unité vise à établir le contraste entre la croûte océanique
et la croûte continentale par l’analyse des données sismiques. La
connaissance de la technique de sismique réfraction n’est pas exi-
gible. L’élève doit cependant comprendre comment cette technique
met en évidence des couches de roches de nature différentes, les
interfaces entre ces couches constituant des réflecteurs des ondes
acoustiques (voir aussi un exemple de sismique réflexion p. 116).
– Pour connaître la différence entre sismique réflexion et sismique
réfraction, on peut se reporter au site de l’IFREMER : www.ifremer.
fr/drogm_uk/Realisation/Vulgar/Sismique/sismic.htm
– La modélisation présentée p. 81 illustre la différence de vitesse de
propagation des ondes (semblables aux ondes P) dans deux maté-
riaux de densité variable (granite et plâtre). Cette modélisation
peut être réalisée en classe. Les capteurs piézométriques peuvent
être reliés soit à un système EXAO (avec un capteur voltmètre), soit
à la carte son de l’ordinateur en utilisant un logiciel d’acquisition
(Audacity, par exemple, libre de droit).
La découverte du contraste océans-continents [pp. 80-81 du manuel de l’élève]
3
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• La différence d’altitude observée entre continents et océans reflète
un contraste géologique Les études sismiques et pétrographiques permet-
tent de caractériser et de limiter deux grands types de croûtes terrestres
[…]
• Concevoir une modélisation analogique et réaliser des mesures à l’aide
de dispositifs d’expérimentation assistée par ordinateur de propagation
d’ondes à travers des matériaux de nature pétrographique différente.
• Comprendre comment des observations fondées sur des techniques
nouvelles ont permis de dépasser les obstacles du bon sens apparent.
– Les copies d’écran présentées dans le doc. 3 ont été
zoomées de façon à pouvoir lire les temps d’arrivée des
ondes et répondre à la question 1.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 à 3 (Calculez des vitesses et mettre en relation des
données).
Granite, v = 1,4 km.s-1 ; plâtre, v = 1, 08 km.s-1.
En estimant la vitesse de propagation des ondes par la technique
de sismique réfraction dans différentes couches (doc. 2) de la
croûte océanique et en comparant ces vitesses à celles mesurées
en laboratoire sur différents matériaux (doc. 3), on peut détermi-
ner la nature pétrographique des matériaux constitutifs de la croûte
océanique.
➋ Doc. 2, 4 et 5 (Mettre en relation des données chiffrées).
La couche 1 représentée dans le doc. 2 est la colonne d’eau qui
surmonte la croûte océanique. La couche 2 est constituée de
sédiments : ce sont les sédiments océaniques. La couche 3 est
vraisemblablement constituée de basaltes et de gabbros ; C’est la
croûte océanique.
➌ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
À partir des années 1950, des campagnes d’exploration océano-
graphiques vont permettre de caractériser la croûte océanique en
particulier grâce à l’étude sismique (technique de sismique réfrac-
tion). En effet, les ondes sismiques se propagent plus rapidement
dans les roches de la croûte océanique que dans celle de la croûte
continentale. Le contraste océan-continent est donc avéré.
Thème 2 – ChapiTre 1 21
Les roches de la croûte océanique [pp. 82-83 du manuel de l’élève]
4
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Les études sismiques et pétrographiques permettent de caractériser et
de limiter deux grands types de croûtes terrestres : une croûte océanique
essentiellement formée de basalte et de gabbro.
• Observer à différentes échelles, de l’échantillon macroscopique à la lame
mince, les roches des croûtes océanique
(…)
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Conseils et suggestions
– L’exploration océanographie appréhendée dans l’unité précédente
se poursuit dans les années soixante. Après la sismique réfraction
et le dragage, l’utilisation de submersibles et de forages (voir
également doc. 3, p. 119) va permettre d’étudier directement les
roches de la croûte océanique.
– Cette unité est donc une présentation des roches de la croûte
océanique. Au collège, la nature des roches qui composent la lithos-
phère et l’asthénosphère n’est pas au programme. Les élèves n’ont
donc a priori pas fait d’étude de roches ni à l’échelle de l’échan-
tillon et encore moins à l’échelle microscopique.
– Le programme de Première S limite l’étude des roches à leurs
« principales caractéristiques ». Dans ce contexte l’étude porte bien
sûr sur un basalte (doc. 3 : basalte d’un pillow) et un gabbro. Cette
étude doit amener l’élève à la notion de roches magmatiques,
résultats de la cristallisation d’un magma. La comparaison des
structures grenues (gabbro) et microlithique (basalte) permet
d’évoquer la vitesse de refroidissement.
– Les limites du programme sont claires en ce qui concerne l’iden-
tification des minéraux : l’élève n’a pas à mémoriser les critères
d’identification. La recommandation d’observation de lames minces
porte donc sur la formation de l’élève à utiliser un outil permettant
de décrire une roche (structure et minéralogie). Concrètement, il
s’agit donc de lui donner les critères d’identification de tel ou tel
minéral et de lui demander de le retrouver dans la lame mince.
C’est ainsi que sont conçues les activités utilisant le microscope
polarisant lors de l‘épreuve d’évaluation des capacités expérimen-
tales en Terminale S. En formation, il est également possible de
demander à l’élève de décrire ce qu’il observe en lumière polarisée
non analysée et en lumière polarisée analysée.
– Quelques données chimiques sont fournies en même temps
que la composition minéralogique des roches. Ce ne sont pas des
notions exigibles. Mais il est nécessaire pour l’élève de comprendre
que les minéraux sont des assemblages d’éléments chimiques.
- La distinction entre minéral et cristal est également fournie
(doc. 5). Elle est nécessaire pour appréhender la structure microli-
thique d’une roche.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 à 3 (Mettre en relation des connaissances et des
données nouvelles). La sismique réfraction (voir unité 3) a permis
de supposer que la croûte océanique est constituée de basaltes et
de gabbros. L’observation in situ et les forages ont confirmé cette
hypothèse.
➋ Doc. 2, 4 et 5 (Présenter des données sous la forme d’un
tableau à double entrée).
Basalte Gabbro
Composition
chimique
O (43-45 %)
Si (22-24 %)
Ca (8-10 %)
Al (8-9 %)
Fe (7-9 %)
O (43-45 %)
Si (22-24 %)
Ca (8-10 %)
Al (8-9 %)
Fe (7-9 %)
Composition
minéralogique
Plagioclase
Pyroxène
Olivine
Verre
Plagioclase
Pyroxène
Olivine
Structure Microlithique Grenue
➌ Doc 1, 2 et 6 (Adopter une démarche explicative). Le doc. 1
montre que les basaltes en pillow se forment au contact de l’eau.
Le doc. 2 montre que les gabbros se forment sous les basaltes et
le doc. 6 donne des informations sur la relation entre vitesse de
cristallisation et structure de la roche. L’élève doit donc parvenir
à l‘idée que les basaltes, roches microlithiques, cristallisent en
surface et que les gabbros, qui ont la même composition chimique
et minéralogique mais une structure grenue, cristallisent en pro-
fondeur.
➍ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
La synthèse doit reprendre l’ensemble des informations ci-dessus.
Thème 2 – ChapiTre 1
22
Conseils et suggestions
– La croûte continentale peut bien entendu faire l’objet d’une
étude sur le terrain. Une sortie est recommandée dans la partie
« Tectonique des plaques et géologie appliquée ». On pourra mettre
à profit cette sortie pour observer la diversité des roches sur les
continents et, si possible, observer et échantillonner un affleure-
ment de granite. Une telle sortie est aussi l’occasion de présenter
une carte géologique aux élèves.
– Les limites du programme et les attendus en matière de minéra-
logie sont les mêmes que pour l’unité précédente.
– L’étude des roches de la croûte océanique et/ou continentale
(unités 4 et 5) peut faire l’objet d’un travail en tâche dite complexe
avec un objectif clairement défini, une consigne unique et une
stratégie de travail laissée à l’initiative de l’élève.
– L’objectif de l’étude de la croûte continentale dans le cadre de
l’approche historique du modèle de la tectonique des plaques reste
bien sûr la comparaison avec les roches de la croûte océanique.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 à 3 (Saisir des informations). La croûte continentale est
qualifiée d’hétérogène parce qu’elle est constituée d’une diversité
de roches : sédimentaires, magmatiques et métamorphiques. [NB :
la notion de métamorphisme est nouvelle. Cette notion est définie
dans le doc. 1 mais l’élève doit retenir que la croûte continentale
a une composition globalement granitique].
➋ Doc. 4 (Saisir des informations). Le granite est une roche
magmatique, grenue, constituée de quartz, feldspaths et micas.
Les éléments chimiques essentiels qui la constituent sont l’oxygène
(49 %), le silicium (36 %), l’aluminium (7 %) et le potassium (4 %).
➌ Doc. 5 (Mettre en œuvre un protocole expérimental) La den-
sité mesurée pour le granite est de 2,34. La densité calculée pour
le basalte est de 2,62 [NB. : on peut à ce stade faire le lien avec le
SIAL et le SIMA des unités 1 et 2]. Ceci confirme le contraste entre
la croûte océanique et continentale. Cela permet en outre d’expli-
quer la différence de vitesse de propagation des ondes sismiques
dans les deux croûtes.
➍ Doc 1 A 5 (Présenter des données sous la forme d’u tableau)
Croûte océanique Croûte continentale
Roches Basalte - Gabbros Granite
Densité Environ 2,9 Environ 2,7
Chimie O, Si, Ca, Al,
Fe, Mg, etc.
O, Si, Al, K, Na, Ca, etc.
Minéralogie Pyroxène, Plagioclase,
olivine
Quartz, Feldspath, Mica
➎ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
La synthèse reprend l’ensemble des caractéristiques des roches de
la croûte continentale présentées dans cette double page.
Thème 2 – ChapiTre 1 23
Les roches de la croûte continentale [pp. 84-85 du manuel de l’élève]
5
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Les études sismiques et pétrographiques permettent de caractériser et
de limiter deux grands types de croûtes terrestres : une croûte océanique
essentiellement formée de basalte et de gabbro et une croûte continen-
tale constituée entre autres de granite.
• Observer à différentes échelles, de l’échantillon macroscopique à la lame
mince, les roches des croûtes océanique et continentale et du manteau.
La découverte et la caractérisation du manteau [pp. 86-87 du manuel de l’élève]
6
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• La croûte repose sur le manteau, constitué de péridotite. • Observer à différentes échelles, de l’échantillon macroscopique à la lame
mince, les roches des croûtes océanique et continentale et du manteau.
Conseils et suggestions
– Cette unité est l’occasion de mettre en évidence le Moho, d’établir
précisément l’épaisseur de la croûte terrestre et de la distinguer
du manteau.
– D’un point de vue historique, la mise en évidence du Moho
remonte au début du XXe siècle. Le choix a été fait de n’évoquer
le Moho qu’à la toute fin de ce chapitre 1 afin de garder le fil his-
torique exigé par le programme : la controverse sur la théorie de
Wegener était centrée sur la dualité océan-continent.
– Par ailleurs, la notion de lithosphère, bien qu’envisagée dès
le XIXe siècle, fut mise en évidence plus tardivement grâce aux
travaux d’Oliver, Isacks et Sykes (1964), en particulier grâce à des
études sismiques qui permirent de la distinguer de l’asthénosphère.
Ces travaux sont présentés, toujours dans le cadre d’une approche
historique, dans le chapitre 2 (p. 104). Cependant, la notion de
lithosphère est connue des élèves depuis la classe de quatrième.
– Le calcul de la profondeur du Moho est assez simple si l’on néglige
la distance épicentre-foyer, sachant que, selon la loi de Descartes,
l’angle du rayon incident avec la normale est égal à l’angle du rayon
réfléchi avec la normale considérant que les vitesses de ces deux
rayons sont identiques : sin (i1) / sin (i2) = V1/V2
On peut alors appliquer le théorème de Pythagore
– Si l’on ne néglige pas la distance épicentre-foyer, le calcul est plus com-
plexe. Il est présenté sur le site académique de SVT de Lyon à l’adresse
suivante : www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php ? article 176
(…)
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Conseils et suggestions
– L’image satellitale de la péninsule arabique accompagnant le
titre du chapitre peut être l’occasion de montrer l’importance des
apports technologiques pour la progression des idées et des théo-
ries scientifiques. Sur cette image, les rivages de la Mer Rouge et
du golfe d’Aden s’emboîtent presque parfaitement, suggérant une
déchirure continentale au niveau de la péninsule arabique. De la
même manière, c’est pendant et après la seconde guerre mondiale,
grâce au développement de sonars équipant les navires militaires
et commerciaux, grâce aux premiers programmes d’exploration
océanographique (M. Ewing et le Lamont Geological Observatory)
Thème 2 – ChapiTre 2 25 Thème 2 – ChapiTre 2
24
– Le doc. 2 présente la vitesse des ondes P sans aller au-delà
de 50 km de profondeur car la distinction entre la lithosphère et
asthénosphère n’est pas encore faîte (voir chapitre 2, unité 5).
Dans cette unité, seul le Moho est positionné, ce qui permet de
distinguer la croûte du manteau et de délimiter en profondeur la
croûte terrestre.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 (Adopter une démarche explicative). Connaissant la
vitesse des ondes P dans la croûte superficielle, connaissant le
temps d’arrivée des ondes directes et des ondes indirectes, on
peut calculer la distance D ainsi que la distance parcourue par les
ondes réfléchies (distance nommée R). On peut alors appliquer le
théorème de Pythagore : (½R)2 = (1/2 D)2 + H2. On accède ainsi à H.
➋ Doc. 2, 4 et 5 (Recenser, extraire et organiser des informa-
tions). Le manteau débute sous le Moho (sous la croûte terrestre).
Que ce soit au niveau des continents ou des océans, les ondes P
se propagent à environ 8 km.s-1 dans le manteau lithosphérique.
Or la vitesse de propagation des ondes P dans une péridotite, au
laboratoire, est de 8,1 km.s-1 (doc. 5). Ceci suggère que le manteau
est composé de péridotite. Cette hypothèse est confirmée par des
observations en submersibles in situ sur la faille Vema (doc. 4).
➌ Doc. 3 (Analyser des données cartographiques) La croûte
océanique a une épaisseur inférieure à 10 km alors que la croûte
continentale a une épaisseur comprise entre 30 km (plateau conti-
nental) et 70 km (chaîne de montagne).
➍ Doc. 5 et 6 (Saisir des informations). La péridotite est une
roche entièrement cristallisée, constituée de pyroxène et d’oli-
vine. Les éléments chimiques qui la constituent sont l’oxygène, le
magnésium, le silicium et le fer. La richesse en fer et en magné-
sium en fait une roche plus dense que les roches de la croûte
terrestre (d = 3,3).
➎ Doc 6 (Manifester son sens critique). Le SIAL est plus dense
que le SIMA. Le SIAL correspondait à l’époque de Wegener à la
roche des continents (matériaux légers constitués de silicium et
d’aluminium). Il repose sur un SIMA constitué de silicium et de
magnésium. Cela, quoiqu’incomplet, n’est pas faux. En revanche, le
plancher océanique est également assimilé au SIMA à l’époque de
Wegener. Ceci s’avère faux. Les notions de SIAL et de SIMA avaient
le mérite de rendre compte de la dualité océans-continents, dualité
qui s’est confirmée. Dans le détail, ces notions sont maintenant
obsolètes.
➏ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
Voir la synthèse p. 89.
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Au début des années 1960, les découvertes de la topographie océanique
et des variations du flux thermique permettent d’imaginer une expan-
sion océanique par accrétion de matériau remontant à l’axe des dorsales,
conséquence d’une convection profonde.
• Comprendre comment la convergence des observations océanogra-
phiques avec les mesures de flux thermique a permis d’avancer
l’hypothèse d’une expansion océanique réactualisant l’idée d’une dérive
des continents.
• Utiliser un modèle analogique.
UNITÉ
L’hypothèse de l’expansion océanique [pp. 96-97 du manuel de l’élève]
1
De la dérive des continents
à l’expansion océanique
Chapitre 2
avec des navires équipés d’instruments de mesure précis que sont
proposées les premières cartes bathymétriques des fonds océa-
niques et les premières mesures du flux thermique (unité 1).
– Les fonds océaniques dévoilés, une nouvelle vision du fonction-
nement de notre planète peut voir le jour, et la théorie mobiliste
être relancée. C’est ce que propose de montrer cette unité avec
l’hypothèse de l’expansion océanique proposée par H. Hess (p. 97).
– Un modèle analogique de convection est proposé (doc. 3) ; les
deux milieux glycérinés (couche 1 et 2) ne sont certes pas solides
mais le texte montre que la convection, c’est-à-dire le transfert de
chaleur associé à un déplacement de matière, est possible dans le
manteau. Des informations complémentaires sur la convection du
manteau sont disponibles sur le site Planet-Terre de l’ENS.
– Deux ouvrages relatent cet aspect de l’histoire de la découverte
des océans : Une révolution dans les sciences de la Terre (Anthony
Hallam), L’écume de la Terre (Claude Allègre).
– Sur le site de l’Ifremer, une documentation riche présente les
métiers de l’océanographie, les navires et engins d’exploration
océanographiques actuels et passés ; la visite de ce site peut être
l’occasion de susciter de l’intérêt chez les élèves.
– Les connaissances acquises dans cette unité peuvent être en
partie réinvesties dans l’exercice 9, p. 112.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 et 2 (Recenser, extraire et organiser des informa-
tions). Si l’existence de reliefs sous marins est connue dès la fin
du XIXe siècle, la géométrie des dorsales, leur omniprésence dans
les océans, ne sont révélées que dans les années cinquante. La
répartition des fosses océaniques, zones de forte profondeur, est
également dévoilée lors de ces campagnes océanographiques.
Les années 1950-60 apportent des connaissances totalement nou-
velles sur le flux géothermique au niveau des océans. Ce flux est
globalement plus élevé au niveau des océans que des continents.
➋ Doc. 2 et 3 (mettre en relation des informations pour
argumenter un modèle). On observe que le flux géothermique
est particulièrement élevé au niveau des dorsales, entre 250 et
400 mW.m-2
; ce flux diminue lorsque l’on s’éloigne des dorsales.
Ce flux élevé pourrait s’expliquer par une remontée de matériaux
chauds du manteau grâce au phénomène de convection.
➌ Doc. 3 (utiliser et comprendre un modèle analogique). Dans
le modèle proposé, on constate que la couche 2, plus chaude,
remonte à la surface sans qu’il n’y ait de mélange avec la couche 1 ;
on peut supposer que ce mouvement ascendant est dû au chauf-
fage de la couche inférieure (couche 2) et, donc, à la diminution
de sa densité.
➍ Doc. 1 à 4 (saisir et mettre en relation des informations pour
argumenter une hypothèse). Les dorsales sont des reliefs sous
marins au niveau desquels le flux géothermique est particulière-
ment élevé (doc. 1 et 2). Ce flux peut s’expliquer par la remontée
de matériau chaud du manteau par convection (doc. 3). L’arrivée
de matériau chaud au niveau de la dorsale forme le plancher océa-
nique, qui « s’étale » latéralement de part et d’autre de la dorsale
(doc. 4).
➎ Doc. 4 (Pratiquer une démarche scientifique). De part et
d’autre du plancher océanique se trouvent des continents ; s'il
s’étend (expansion) comme le suggère H. Hess, on peut supposer
que les continents sont soumis à sa poussée.
➏ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
L’hypothèse mobiliste est relancée dans les années 1950-60 grâce
à la découverte de nouvelles données sur les océans et leur fonc-
tionnement ; l’hypothèse de l’expansion océanique pourrait fournir la
force motrice qui manquait à la théorie de la dérive des continents
d’A. Wegener : la convection du manteau pourrait être le moteur
susceptible de produire le déplacement de continents déplacements.
Le magnétisme des roches magmatiques [pp. 98-99 du manuel de l’élève]
2
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• La mise en évidence de bandes d’anomalies magnétiques symétriques
par rapport à l’axe des dorsales océaniques, corrélables avec les phéno-
mènes d’inversion des pôles magnétiques (connus depuis le début du
siècle), permet d’éprouver cette hypothèse et de calculer des vitesses
d’expansion.
• Pratiquer une démarche scientifique.
• Comprendre la nature provisoire, en devenir, du savoir scientifique.
• Manipuler et expérimenter.
Conseils et suggestions
– Cette unité est motivée par la démarche historique recommandée
par le programme : elle est destinée à montrer à quoi correspondent
les anomalies magnétiques étudiées dans l’unité suivante, dont la
répartition est un argument décisif en faveur de la théorie mobiliste.
– Les inversions du champ magnétiques terrestre n’ont, a priori,
jamais été vues. Il apparaît donc important de les aborder avant
(…)
SVT 1reS © Éditions Belin 2011 SVT 1reS © Éditions Belin 2011

Thème 2 – ChapiTre 2
26
Conseils et suggestions
– La page de gauche présente des enregistrements du magnétisme
des fonds océaniques. Ces enregistrements sont obtenus grâce à
des magnétomètres tractés par des navires d’exploration océano-
graphique effectuant des allers-retours perpendiculairement à l’axe
de la dorsale. Les doc. 1 et 2 fournissent quelques résultats de ces
mesures.
– L’échelle des inversions du champ magnétique terrestre depuis
4,5 Ma (doc. 3) est l’occasion de présenter le calendrier paléoma-
gnétique : on a pu reconstituer l’histoire des variations d’intensité
et de direction du champ magnétique terrestre par des mesures sur
les prélèvements dans les planchers océaniques. Ceci a permis de
remonter jusqu’à 160 Ma.
– La page de droite se propose d’interpréter la disposition des
anomalies magnétiques et doit permettre de valider l’hypothèse
de l’expansion océanique.
La confirmation de l’expansion océanique [pp. 100-101 du manuel de l’élève]
3
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• La mise en évidence de bandes d’anomalies magnétiques symétriques
par rapport à l’axe des dorsales océaniques, corrélables avec les phéno-
mènes d’inversion des pôles magnétiques (connus depuis le début
du siècle) permet d’éprouver l’hypothèse de l’expansion océanique
et de calculer des vitesses d’expansion.
• Comprendre comment la corrélation entre les anomalies magnétiques
découvertes sur le plancher océanique et la connaissance plus ancienne de
l’existence d’inversion des pôles magnétiques confirma l’hypothèse
de l’expansion océanique.
• Calculer des taux d’expansion.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 et 4 (Mettre en relation des informations pour inter-
préter un phénomène observé). Le champ magnétique mesuré
au-dessus des océans correspond au champ magnétique terrestre
actuel auquel il faut ajouter le champ magnétique fossilisé par
les basaltes lors de leur refroidissement. Ce champ magnétique
fossilisé peut s’additionner (polarité normale) ou au contraire se
soustraire (polarité inverse) au champ magnétique actuel.
➋ Doc. 2 et 3 (Saisir des informations). On observe une symétrie
des anomalies de part et d’autre de la dorsale (doc. 2). Chacune
de ces anomalies peut être datée (doc. 3). On en déduit que les
âges des basaltes sont symétriques de part et d’autre de la dorsale.
➌ Doc. 2 à 5 (Mettre en relation des informations pour interpré-
ter un phénomène observé). Grâce à la datation des anomalies,
on constate que les basaltes sont de plus en plus âgés au fur et à
Thème 2 – ChapiTre 2 27
toute chose. Les inversions du champ magnétique étaient connues
dès le début du siècle ; les anomalies magnétiques des roches du
plancher océanique ne peuvent s’expliquer que si l’on connaît le
phénomène d’inversion des pôles magnétiques.
– Cette unité explique donc que l’aimantation (direction et sens du
champ magnétique) de certains minéraux contemporains du refroi-
dissement de la roche restent « fossilisés ». Contrairement à une
idée répandue, ce ne sont pas les minéraux qui s’orientent comme
des aiguilles d’une boussole mais leur propre champ magnétique
ou « moment magnétique », indépendamment de l’orientation géo-
métrique des cristaux (doc. 3).
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 à 3 (Mettre en relation des informations pour inter-
préter un phénomène observé) Le champ magnétique terrestre
est bipolaire et sa direction est identifiable à l’aide d’une boussole
(doc. 1). Certains minéraux des basaltes fossilisent la direction du
champ magnétique lors de leur formation : ils s’aimantent (doc. 3).
L’aiguille de la boussole n’est pas orientée dans la même direction
avec ou sans basalte, on peut faire l’hypothèse que c’est l’aimanta-
tion propre du basalte qui dévie l’aiguille de la boussole (doc. 2).
➋ Doc. 3 et 4 (Mettre en relation des informations). Le champ
magnétique fossilisé par les basaltes (mémoire magnétique) est
orienté dans le même sens que le champ magnétique terrestre
contemporain de leur formation par refroidissement. Ainsi, dans
des coulées de laves basaltiques dont on peut dater la mise en
place, si la direction du champ fossile des basaltes est inverse de
la direction actuelle, alors cela signifie que le champ magnétique
terrestre était l’inverse de celui observé aujourd’hui.
➌ Doc. 4 (Saisir des informations)
Il y a 4,1 Ma : polarité normale.
Il y a 3 Ma : polarité inverse.
Il y a 1,7 Ma : polarité normale.
➍ Doc. 5 (Saisir des informations) En 1000 ans le champ magné-
tique s’est globalement inversé. C’est un phénomène rapide à
l’échelle des temps géologiques.
➎ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
Les roches magmatiques peuvent, par les minéraux qu’elles
contiennent, fossiliser le sens et la direction du champ magnétique
contemporain de leur formation. Pour certaines périodes géolo-
giques, le champ magnétique est inversé par rapport au champ
actuel. L’étude du magnétisme des roches magmatiques montre
donc que la polarité de ce champ magnétique s’inverse au cours
des temps géologiques.
mesure que l’on s’éloigne de la dorsale. Cette observation est cohé-
rente avec le modèle de Vine, Matthews et Morley qui proposent
que les basaltes acquièrent leur aimantation (fossilisent le champ
magnétique) au niveau de la dorsale lors de leur mise en place.
➍ Doc. 2 (Saisir des informations et effectuer un calcul). En
négligeant les anomalies de courte durée, qui ne sont pas réper-
toriées sur le profil, on trouve une vitesse de l’ordre de 9 cm.an-1
(2 × 220 / 4,5.106 = 8,8 cm.an-1).
➎ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
Les inversions du champ magnétique révélées dans l’unité pré-
cédente permettent d’interpréter les enregistrements des profils
magnétiques obtenus de part et d’autre de la dorsale. Les anoma-
lies positives correspondent à des périodes normales et les ano-
malies négatives à des périodes inverses. Ces différentes périodes
ont pu être datées et un calendrier magnétique précis établi. Les
profils montrent une symétrie des anomalies de part et d’autre de
la dorsale et l’âge de ces anomalies augmente au fur et à mesure
que l’on s’éloigne de la dorsale : la dorsale est donc le siège de la
production de croûte océanique. L’hypothèse de l’expansion océa-
nique à partir des dorsales est confirmée.
Conseils et suggestions
– L’unité précédente a montré comment les données magnétiques
permirent, au milieu des années soixante, de valider l’hypothèse
de l’expansion océanique. Ceci étant, le modèle de la tectonique
des plaques n’est pas encore établi.
– Cette unité s’intéresse à une autre caractéristique des fonds
marins : les fosses océaniques. Dans le modèle de l’expansion
océanique proposée par Hess en 1963, la croûte océanique est en
effet supposée retourner dans le manteau au niveau des fosses,
ce retour permettant d’expliquer pourquoi la Terre n’est pas en
expansion.
– L’essentiel de l’unité est axé sur l’utilisation du logiciel Sismolog
qui permet de localiser sur le planisphère les fosses et de carac-
tériser l’activité sismique dont elles sont le siège, en présentant
notamment les profondeurs des foyers sismiques.
– Un encart historique (doc. 3) rappelle que deux géologues,
Wadati (1935) et Bénioff (1949) ont montré que les foyers des
séismes se distribuent au niveau des fosses suivant des plans incli-
L’étude des séismes au niveau des fosses océaniques [pp. 102-103 du manuel de l’élève]
4
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Au voisinage des fosses océaniques, la distribution spatiale des foyers
des séismes en fonction de leur profondeur s’établit selon un plan incliné.
• Saisir et exploiter des données sur des logiciels pour mettre en évidence
la répartition des foyers des séismes au niveau des fosses océaniques.
• Comprendre comment l’interprétation de la distribution particulière des
séismes permet de confirmer, dans le cadre du modèle en construction,
que la lithosphère océanique retourne dans le manteau.
nés qui plongent sous la croûte. Il convient toutefois de signaler
que, à leur époque, la notion de subduction n’est pas connue et
que, si le constat de la géométrie de ces plans est fait, il n’est pas
encore expliqué.
– Les données sismiques obtenues sont cohérentes avec l’hypo-
thèse d’un retour de la croûte océanique dans le manteau, c’est ce
que propose de montrer l’activité de tâche complexe ; il convient
cependant de ne pas encore dévoiler la notion de subduction à ce
stade de la démarche.
Exploitation des documents par les activités
On constate que la profondeur des foyers des séismes augmente
lorsque l’on s’éloigne de la fosse et que ces foyers sont distribués
dans un même plan incliné.
Le schéma attendu reprend le doc. 5, sur lequel on repère le Japon,
la fosse du Japon et le plan de Wadati-Bénioff.
SVT 1reS © Éditions Belin 2011 SVT 1reS © Éditions Belin 2011