La Terre est une planète tellurique géologiquement active (séismes, volcanisme, érosion…) ; tous ces phénomènes trouvent une explication globale dans la théorie de la tectonique des plaques.
La Terre est formée de couches concentriques. La couche la plus externe, la lithosphère, est de nature rigide. Elle est épaisse d'environ 100 km et est placée juste au-dessus de l'asthénosphère, de nature ductile.
L'étude des cartes des reliefs de la Terre, de la répartition du volcanisme et des séismes montre des zones étroites de relief accidenté et géologiquement actives qui entourent des zones vastes plus calmes. Ces vastes zones calmes sont des plaques lithosphériques.
I. L’hypothèse de la « dérive des continents » à la tectonique des plaques
Tectonique : ensemble des mouvements affectant des structures géologiques.
A) Le modèle de la tectonique des plaques s’est construit en un siècle
1) Wegener propose l’hypothèse de la mobilité des continents en 1915
Il s’appuie sur différents arguments :
- Géographie (emboîtement).
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Paléo climatique (traces d’anciens glaciers).
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Paléontologique (répartition des fossiles) -> Schéma
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Géologique.
En 1915, Wegener émet donc l’hypothèse de l’existence, à la fin de l’ère primaire (245 Ma), d'un super continent, la Pangée, qui se serait ensuite fracturé.
Il s’oppose aux idées catastrophistes.
La Pangée et l'évolution des continents
Wegener a rencontré des objections scientifiques :
- Sur quoi flottent ces continents ?
- Quel est le moteur de ces mouvements ?
2) Les progrès technologiques ont permis d’affiner son hypothèse :
- Après la seconde guerre mondiale, le fond des océans a été exploré par sismique réfraction et sismique réflexion (Maurice Ewing). Une carte des fonds des océans a été dressée (Bruce Heezen et Marie Thorp) : des dorsales ont été mises en évidence.
- Les forages des fonds marins -> Schéma
- Les instruments de mesure magnétique, qui ont permis de déceler les anomalies magnétiques -> Schéma
- Les GPS qui permettent de détecter les positions d’un élément précis.
3) Les arguments magnétiques ont joué un rôle capital :
Les minéraux ferromagnétiques contenus dans la lave s'orientent selon le champ magnétique terrestre (à la manière de l'aiguille d'une boussole). Lorsque la lave se refroidit pour former les roches basaltiques, l'orientation de ces minéraux ferromagnétique est figée. Ainsi, ce phénomène permet de déterminer où se situaient les pôles magnétiques par rapport à ces roches (sachant que les physiciens considèrent les pôles magnétiques fixes, aux alentours des pôles géographique). Pour des roches âgées, ces pôles ne correspondent en rien aux pôles actuels. On en déduit donc que c’est la roche qui a bougé et donc le continent qui la porte.
On constate alors que les continents se sont beaucoup déplacés au cours du temps, et qu'ils se sont déplacés les uns par rapport aux autres.
B) Le relief et l’activité de la Terre sont des signatures de la tectonique des plaques
Les plaques sont des morceaux rigides de lithosphère en mouvement à la surface de la Terre. Leurs limites sont marquées à la fois par des phénomènes géographiques (dorsales océaniques, montagnes, fosse…) mais aussi géologiques (séismes et volcanisme).
On remarque que la limite des plaques n’est pas celle des continents. Il existe des plaques presque entièrement océanique (ex : plaque pacifique), mais le plus souvent, une plaque est constituée d’une partie continentale et d’une partie océanique.
II. Les plaques ont des mouvements relatifs différents selon leurs frontières
Il existe environ 12 grandes plaques lithosphériques majeures, et de nombreuses petites plaques.
Les plaques lithospériques
A) Les dorsales sont des frontières de plaques en divergence
1) Preuve :
L’analyse de coulées de lave continentales montre que le champ magnétique terrestre à subi des inversions de sens. On a pu dater ces inversions et on a mis en évidence des périodes normales où le sens magnétique est le même qu’actuellement (pôle sud magnétique au nord), et des périodes inverses.
Vine et Mattews, en 1963, observent, de chaque cotés des dorsales, des bandes d’anomalies magmatiques alternants positif et négatif, parallèles aux dorsales (« peau de zèbre ») qui montrent que le basalte est tantôt aimanté dans le sens normal (champ magnétique de la Terre + champ magnétique du basalte = anomalie positive), tantôt aimanté dans le sens inverse (champ magnétique de la Terre – champ magnétique du basalte = anomalie négative).
-> Schéma
Ils expliquent ce phénomène par la thèse du tapis roulant (émise par Holmes en 1945, et reprise par Hess en 1962), c’est-à-dire qu’une nouvelle lithosphère océanique se crée sans cesse au niveau de la dorsale (accrétion océanique), puis s’en éloigne de part et d’autre de la dorsale (expansion océanique). C’est l’expansion des océans qui fait bouger les continents.
Coupe d'une dorsale océanique
D'autres éléments ont permis de confirmer cette hypothèse :
- Stratigraphie.
- Les points chauds
- Le GPS
L’expansion océanique varie entre environ 2 cm/an pour les dorsales dites lentes (ex : Atlantique) et environ 16 cm/an pour les dorsales dites rapides (ex : Pacifique).
2) Evaluation de la divergence :
Il est possible d'évaluer la divergence et donc l’expansion océanique de différentes manières :
- grâce aux forages dans les fonds océaniques, on a constaté que plus on s’éloigne de la dorsale et plus l’épaisseur des roches sédimentaires sur le basalte est importante. En évaluant l'âge des roches sédimentaires les plus profondes (celles juste au-dessus de la couche de basalte, donc qui se sont formées immédiatement après la formation de ce basalte au niveau de la dorsale, on a pu déterminer la vitesse d'avancement des fonds océaniques (vitesse=distance/temps, la distance étant ici la distance forage/dorsale et le temps étant l'âge de la roche sédimentaire la plus profonde). En multipliant cette vitesse par deux, on évalue la vitesse de l’expansion océanique (il faut multiplier par 2 car l'expansion a lieu des 2 côtés de la dorsale).
- grâce à leur coïncidence avec le calendrier des inversions magnétiques terrestres, on sait dater les anomalies magnétiques et, en connaissant leur distance par rapport à la dorsale, on trouve la vitesse d’expansion de la plaque océanique.
- grâce aux points chauds, remontée de matériaux chauds venant d’une zone fixe très profonde sous la lithosphère et qui génère périodiquement du volcanisme sur la plaque lithosphérique, on peut calculer la vitesse absolue de la plaque et le sens de son déplacement.
Les points chauds sont des témoins des mouvements de la lithosphère
- on dispose d’une technique moderne très précise, permettant d’évaluer les mouvements instantanés actuels des plaques avec précision de l’ordre du mm : le GPS (Positionnement Global par Satellite – Global Positionning System).
Lien externe : Schéma animé du fonctionnement de la dorsale
B) Les failles transformantes sont des limites de plaque en coulissage
Chaque dorsale est entrecoupée de failles perpendiculaires à son axe ; ce sont les failles transformantes qui la décalent. Les plaques voisinent frottent l’une contre l’autre : c’est un coulissage qui provoque des très nombreux séismes.
Les failles transformantes
C) Les zones de convergences sont des frontières où les plaques s’affrontent
La surface de la Terre étant constante, lorsque de la nouvelle lithosphère se forme, il faut que l’ancienne disparaisse.
1) Disparition de la lithosphère océanique
Confronté à une autre lithosphère, la lithosphère océanique plonge dans les profondeurs du manteau ce qui crée une forte sismicité, un volcanisme très explosif, la formation de chaînes de montagnes (des cordillères) et des fosses océaniques.
Ce phénomène est appelé la subduction.
La subduction
Lien externe : Schéma animé de la subduction
2) Non disparition de la lithosphère continentale
La lithosphère continentale, trop légère, ne plonge pas dans les profondeurs du manteau. Lorsque deux lithosphères continentales se rencontrent, elles s'élèvent et cela crée des chaînes de montagnes et de la sismicité : c'est la collision continentale.
Limite des plaques : convergences des plaques
Schéma récapitulatif : convection, dorsale et subduction
Conclusion
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La Terre est formée de couches concentriques. La couche la plus externe, la lithosphère, est de nature rigide. Elle est épaisse d'environ 100 km et est placée juste au-dessus de l'asthénosphère, de nature ductile. L'étude des cartes des reliefs de la Terre, de la répartition du volcanisme et des séismes montre des zones étroites de relief accidenté et géologiquement actives qui entourent des zones vastes plus calmes. Ces vastes zones calmes sont des plaques lithosphériques. Dès 1915, Wegener propose l’hypothèse de la mobilité des continents. Les plaques lithosphériques prennent naissance au niveau des dorsales océaniques et se résorbent dans les zones de subduction. Les plaques sont donc en mouvement, c'est la tectonique des plaques. |