La tectonique des plaques, caractérisation de la mobilité horizontale

Introduction :

La Terre est constituée d’enveloppes concentriques. À sa surface, on trouve deux couches solides : la croûte et la partie externe du manteau supérieur, qui ensemble forment la lithosphère.
Longtemps considérée comme statique, la lithosphère apparaît aujourd’hui comme un ensemble de plaques en mouvement les unes par rapport aux autres.
De l’anomalie magnétique à la géodésie en passant par l’âge des roches, différents critères permettent de mettre en évidence et de quantifier ces mouvements.

Nous nous intéresserons d’abord aux volcans dont les localisations donnent des indices des mouvements des plaques, puis nous étudierons de plus près le phénomène de divergence des plaques grâce aux sédiments et à la variation du champ magnétique terrestre. Enfin, nous verrons quel est l’apport de la géodésie moderne.

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Rappel

La Terre est une planète active, et ses couches supérieures sont témoins de cette activité.

Les couches internes de la terre croûte océanique continentale lithosphère asthénosphère noyau externe interne manteau supérieur inférieur moho discontinuité gutenberg lehmann svt première

La lithosphère est la partie externe de la Terre, elle est solide et repose sur l’asthénosphère qui est la partie plastique du manteau supérieur.

  • La lithosphère est découpée en plaques, appelées plaques lithosphériques ou plaques tectoniques.

Les volcans : marqueurs géologiques du déplacement de la lithosphère

Même si nos sens ne peuvent pas le percevoir, la surface de la Terre est en constante transformation. Un des indices les plus tangibles de la mobilité des plaques est le volcanisme de point chaud.

Volcanisme de point chaud

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Définition

Point chaud :

Les points chauds sont des accumulations supposées de magma dans le manteau profond, ils sont souvent identifiés par un alignement singulier de volcans en surface.

Alors que le volcanisme est souvent localisé aux frontières des plaques lithosphériques, certains volcans se situent au sein même d’une plaque, on parle de volcanisme intraplaque, ils sont dus à des points chauds et sont les témoins du déplacement.

Les volcans liés aux points chauds forment des alignements caractéristiques : à l’aplomb du point chaud, un volcan récent ou encore actif est à la tête d’un archipel de volcans éteints.
L’étude de l’âge des roches montre que l’âge des volcans augmente avec leur éloignement du point chaud. On peut ainsi calculer la vitesse de déplacement de la plaque en tenant compte de l’âge du volcan et de la distance qui le sépare du point chaud.

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Exemple

L’archipel d’Hawaii dans l’océan Pacifique fait partie d’un plus grand ensemble appelé la chaîne Hawaii-Empereur.
Les formations volcaniques s’étendent de l’île d’Hawaii, qui serait au-dessus du point chaud, jusqu’à la zone de subduction au niveau de la péninsule du Kamtchatka. Le changement de direction entre le chaînon d’Hawaï et le chaînon Empereur fait l’objet de nombreuses études.

volcan de point chaud chainon hawaii empereur svt première

Remarque : les points chauds restent encore peu compris, considérés comme fixes au début, ils seraient en réalité mobiles et les mouvements de l’asthénosphère elle-même sont maintenant pris en compte dans la projection du mouvement des plaques.

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À retenir

L’étude du volcanisme de point chaud est un argument en faveur de la tectonique des plaques. Les archipels de volcans créés par des points chauds montrent que les plaques tectoniques se sont déplacées sur plusieurs millions d’années.

Volcanisme de subduction

Au niveau des zones de subduction, les plaques lithosphériques convergent et la plus dense passe sous la moins dense. La plaque la plus dense glisse alors sous l’autre, on appelle ce phénomène la subduction.

  • La répartition des séismes montre le plongement d’une plaque sous l’autre selon le plan de Wadati-Benioff.

De plus, le volcanisme caractéristique de type andésitique et explosif rencontré dans ces régions du monde est un argument en faveur d’un mouvement chevauchant des plaques.

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Exemple

La cordillère des Andes est une chaîne de montagne issue de la subduction de la plaque Nazca sous la plaque sud-américaine. Des volcans se sont ainsi formés tout le long, ou presque, de la zone de subduction.

Volcanisme de dorsale

À l’inverse, des plaques tectoniques qui s’écartent l’une de l’autre forment des dorsales océaniques. Le volcanisme de dorsale provoque une rupture de la lithosphère océanique caractérisée par la formation d’un rift et un écartement des deux plaques contigües.

  • La chaîne de volcans sous-marins caractérisant la dorsale est un argument supplémentaire en faveur du déplacement des plaques lithosphériques.

Ces volcans sous-marins sont à l’origine du basalte caractéristique du volcanisme de dorsale.

volcanisme de subduction volcanisme de dorsale volcanisme de point chaud svt première

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À retenir

La place et les types de volcans nous renseignent sur l’activité interne de la Terre et sur le mouvement des plaques tectoniques.

Indices de la divergence des plaques

Non seulement on sait que certaines plaques plongent dans l’asthénosphère une fois leur course terminée, mais il est également possible d’identifier les zones où la lithosphère naît.

Étude des sédiments

Lorsque deux plaques tectoniques s’écartent elles font apparaître une faille. Il est alors observé un rift dont les bords se composent de basaltes. Quand les plaques s’écartent, elles entraînent avec elles les basaltes qui s’affaissent. Ils se recouvrent progressivement de sédiments. Plus la plaque s’éloigne du rift, plus elle accumule des sédiments.

  • En considérant que le dépôt des sédiments se fait à une vitesse à peu près constante, cette observation est un argument en faveur d’un déplacement divergent de la plaque lithosphérique depuis le rift.

En plus de l’observation de leur épaisseur, on peut dater, en les récupérant par carottage, les couches sédimentaires déposées au-dessus du basalte : plus on s’éloigne du rift de la dorsale, plus les roches sédimentaires sont anciennes. C’est une nouvelle preuve que la couche basaltique sous-jacente se déplace dans un mouvement divergent.

chronologie relative des sédiments  carottage couche basaltique dorsale svt première

Les variations du champ magnétique terrestre

La Terre, en tournant sur elle-même et grâce à un noyau riche en fer, génère un champ magnétique qui lui confère ses pôles Nord et Sud magnétiques. Au cours des temps géologiques, ce champ magnétique s’est plusieurs fois inversé pour des raisons que l’on n’explique toujours pas.

Les basaltes de la croûte océanique contiennent des paillettes de fer orientables dans le sens du champ magnétique. Lors du refroidissement du magma basaltique, ces paillettes fixent le champ magnétique terrestre du moment, c’est la fossilisation du champ magnétique.

Même si le magnétisme est connu depuis plusieurs siècles, ce n’est qu’au XXe siècle qu’on a pu le mesurer. Ces mesures ont révélé des anomalies par rapport au champ théorique calculé. Ces anomalies constituent la base du paléomagnétisme.

Quand on relève les valeurs du champ magnétique fossilisé dans le basalte, le fond des océans (lithosphère océanique) se présente alors comme une peau de zèbre.
Des bandes parallèles de champ magnétique identique ou inverse se succèdent, elles traduisent respectivement des anomalies positives ou des anomalie négatives.

  • Le paléomagnétisme est un argument de plus en faveur du déplacement divergent des plaques lithosphériques.

Anomalies magnétiques du plancher océanique lithosphère champ magnétique

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À retenir

La mise en évidence de bandes d’anomalies magnétiques symétriques par rapport à l’axe des dorsales océaniques, corrélables avec les phénomènes d’inversion des pôles magnétiques permet de démontrer le déplacement des plaques lithosphérique et donc la tectonique des plaques.

L’apport des mesures géodésiques modernes : une précision au millimètre

Pour comprendre le fonctionnement de la Terre, les scientifiques utilisent la géodésie.

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Définition

Géodésie :

La géodésie est la science de la mesure de la Terre, elle étudie notamment la déformation de la Terre et de son écorce terrestre.

Cette science permet de vérifier le modèle de la tectonique des plaques imaginé par Wegener en 1912. C’est grâce notamment aux mesures spatiales que ce modèle a pu être plus précis.

La géodésie moderne s’appuie sur des techniques de mesure laser ou radio telles que le SLR (Satellite Laser Ranging), le VLBI (Very Long Baseline Interferometry) ou tout simplement le GPS (Global Postionning System). Ces techniques permettent de détecter des mouvements de l’ordre du millimètre et en temps réel.

En considérant des points du globe terrestre où sont implantées des stations d’enregistrement, on a remarqué une variation du positionnement de ces stations les unes par rapport aux autres.

  • Les données géodésiques appuient la théorie de la tectonique des plaques.

Les mesures géodésiques les plus récentes ont permis de mettre à jour le modèle de tectonique des plaques avec le modèle MORVEL.

Les plaques tectoniques selon le modèle Morvel svt première schoolmouv

Conclusion :

L’étude des différents type de volcanismes, des ondes sismiques, du paléomagnétisme et des couches sédimentaires au fond des océans a permis de prouver le déplacement des plaques lithosphériques les unes par rapport aux autres et de confirmer le modèle de la tectonique des plaques.