T1-B : LA TECTONIQUE DES PLAQUES : L HISTOIRE D UN MODÈLE. CH2 : De la «dérive des continents» à la tectonique des plaques

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Quentin Goudreau
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1 T1-B : LA TECTONIQUE DES PLAQUES : L HISTOIRE D UN MODÈLE CH2 : De la «dérive des continents» à la tectonique des plaques

2 L hypothèse «plaquiste» : une Terre découpée en plaques rigides et mobiles 1967

3 1968, Xavier Le Pichon : découpe la Terre en 6 grandes plaques dont il détermine les frontières à partir de l activité tectonique Chaînes de montagnes jeunes dites de «collision» fosses océaniques et alignements volcaniques dorsales failles transformantes.

4 Le modèle actuel : le nombre de plaques s est enrichi

5 I- Des découvertes fondamentales 1. La topographie sous-marine : «une montagne sous les mers»

6 1. La topographie sous-marine : la notion de «talus continental» CONTINENT OCÉAN

7 2. Les mesures du flux géothermique La Terre évacue sa chaleur par convection et conduction En particulier par les dorsales Une grande partie de cette chaleur provient de la désintégration des éléments radioactifs.

convection ascendants et descendants qui

8 3. Des hypothèses : Des mouvements de convection dans le manteau Arthur Holmes (1945) Modèle de la «naissance» d un océan Le manteau serait animé de mouvements de convection ascendants et descendants qui expliqueraient la mobilité des plaques en surface

9 L hypothèse de HESS (1962) : des courants ascendants sous les dorsales et descendants au niveau des fosses océaniques. La théorie du «double tapis roulant»

10 Les témoignages de la mobilité des plaques L APPORT DU PALÉOMAGNÉTISME TERRESTRE

11 1. L aimantation thermorémanente des basaltes basalte granite calcaire dévie n ne dévie pas X X basalte granite calcaire Le basalte dévie l aiguille de la boussole car il contient des minéraux ferro-magnésiens («riche» en fer), par exemple comme la magnétite.

12 L aimantation thermorémanente des basaltes des fonds océaniques Anomalie positive Anomalie négative Harry HESS Des anomalies magnétiques SYMETRIQUES, PARALELLES, de largeur inégale par rapport à l axe de la dorsale.

13 ANOMALIE NÉGATIVE ANOMALIE POSITIVE Les 2 composantes se soustraient Les 2 composantes s ajoutent

Leur signification restera inexpliquée pendant

14 LA «PEAU DE ZÈBRE Dans les années 1950 on obtient des profils magnétiques surnommés «peau de zèbre». Leur signification restera inexpliquée pendant plus d une décennie. Anomalie positive Anomalie négative

15 Anomalies magnétiques dans l océan Pacifique Anomalies magnétiques dans l océan Atlantique France Espagne

16 2. Les inversions de polarité du champ magnétique Les pôles magnétiques se sont inversés de multiples fois dans l'histoire de la Terre. Le phénomène se produit à des intervalles allant de quelques dizaines de milliers d'années à plusieurs millions d'années. La durée moyenne entre deux inversions est de ans, et la dernière a eu lieu il y a ans (0,78 Ma) : il s agit d une période «normale» Nm / Sm : Nord et Sud magnétique Ng / Sg : Nord et Sud géographique La dérive du pôle magnétique

17 Modèle réalisé en classe etc. Barres aimantées Un teslamètre pour faire des mesures du champ magnétique

18 3. L échelle des inversions magnétiques Aujourd hui Le volcanisme de l archipel d Hawaï permet de dater les basaltes et de répertorier le «calendrier» des inversions magnétiques Coulées de basalte et aimantation thermorémanente

19 Vine & Matthews Ils mettent en relation l échelle magnéto-stratigraphique et la «peau de zèbre» on pouvait dès à présent dater le plancher océanique et comprendre sa formation!

20 4,17 3,59 2,59 1,78 0,78 0 Échelle des inversions magnétiques

21 Il y a bien eu EXPANSION OCÉANIQUE par création de croûte océanique = ACCRÉTION Aujourd hui Théorie de HESS : le «double tapis roulant» : les basaltes se créent à l axe de la dorsale et s en éloignent de part et d autre. Il y a Ma

22 LA DISTINCTION ENTRE LITHOSPHÈRE ET ASTHÉNOSPHÈRE 1. Des zones caractéristiques marquées par une FOSSE, un ARC ou une CORDILLIÈRE VOLCANIQUE, une forte ACTIVITÉ SISMIQUE Fosse océanique Arc volcanique

2. Une répartition particulière des FOYERS SISMIQUES : Le plan de Wadachi (1930) Benioff (1955) (voir TP) Les séismes sont de plus en plus profonds lorsqu on s

23 2. Une répartition particulière des FOYERS SISMIQUES : Le plan de Wadachi (1930) Benioff (1955) (voir TP) Les séismes sont de plus en plus profonds lorsqu on s éloigne de la fosse sous l arc volcanique. Ils sont contenus dans un plan incliné et on ne rencontre plus de foyers sismiques au-delà de 650 km de profondeur environ

24 3. Le fait historique : enregistrements sismiques dans le Pacifique (voir TP) Les ondes sismiques arrivent avec un décalage de 2 sec. Aux deux stations alors que celles-ci sont équidistantes du foyer sismique Matériau moins dense Matériau plus dense Hypothèse : les ondes parcouraient des zones de densité différente donc de composition chimique et/ou d état physique différent

25 4. Des données ultérieures : la tomographie sismique La vitesse d une onde dépend de l état de la matière (de sa densité) ANOMALIES DES VITESSES DES ONDES

26 Anomalies des vitesses à l aplomb de l archipel Tonga-Fidji Matériau plus «chaud» (moins dense) Vitesse ralentie Matériau plus «froid» (plus dense) Vitesse accélérée

27 Des résultats identiques dans d autres régions du globe

28 3. L interprétation : les ZONES DE SUBDUCTION La plaque océanique rigide et «froide» plonge dans le manteau supérieur plus chaud et ductile. Ce plongement engendre du volcanisme et des séismes Les zones de subduction sont des zones de recyclage de la lithosphère océanique Les fosses océaniques sont des frontières de CONVERGENCE DES PLAQUES LITHOSPHÉRIQUES

29 Vitesse des ondes P et S dans les 300 premiers km Moho croûte SOLIDE LITHOSPHÈRE DUCTILE L.V.Z Zone des faibles vitesses ASTHÉNOSPHÈRE Manteau sup. SOLIDE

30 L apport de la sismologie dans les premiers 300 km du globe LITHOSHÈRE LITHOSHÈRE

31 LE VOLCANISME DE POINT CHAUD

32 Des volcans à la dynamique éruptive différente : l exemple des Monts de L Empereur et de l archipel d Hawaï Archipel d Hawaï La Réunion

33 Des fontaines, des fleuves de lave fluide Un volcanisme de type EFFUSIF Des séismes peu profonds et de faible magnitude

34 Des alignements de volcans d âge différent Plus on s éloigne du volcan actif actuel plus les volcans sont âgés mais éteints.

35 Les POINTS CHAUDS sont des repères fixes dans le temps. L alignement volcanique témoigne du déplacement de la plaque lithosphérique au dessus de ce panache de matière mantellique ascendante.

36 Ces panaches de matière chaude ascendante qui s enracinent en profondeur

37 Les points chauds sont des repères fixes dans le temps Plaque Pacifique Ma 1 Ma

38 La Réunion Hawaï 8-San Felix 15-Açores 22-Bellemy 29-Réunion 36-Melbourne 2-Îles Marquises 9-Juan Fernandez 16-Îles Canaries 23-Bouvet 30-Comores 37-Caroline 3-Îles de la Société 10-Galapagos 17-Cap Vert 24-Trinidade 31-Zambria 38-Lord Howe 4-Guyot Macdonald 5-Tuamotou 11-Guyot Bowie 18-Ascension 25-Marion 12-Yellowstone 19-Fernando de Nor. 26-Crozet 32-Mt. Cameroun 33-Afar 6-Pitcairn 13-Long Valley 20-Sainte-Hélène 27-Kerguelen 34-Tibesti 7-Île de Paques 14-Islande 21-Tristant da Cunha 28- Amsterdam 35-Mont Tahat Les 11 points chauds sous l'antarctique ne sont pas représentés 39-Tasmanie

39 12 20 EXERCICE : La preuve de l expansion par les points chauds L = 169 E / l = 52 N 4 L = 173 E / l = 32 N 31 L = 156 O / l = 20 N EST OUEST

40 B A C D l = 20 x 111 = 2220 km D L = 4 x 100 = 400 km BC 2 = AB 2 + AC 2 BC 2 = (2220) 2 + (400) 2 BC = 2255 km V = d /t = 2255 / (64,7 42,4) = 9,97 cm.an -1 D l = 12 x 111 = 1332 km D L = 31 x 100 = 3100 km BC 2 = AB 2 + AC 2 BC 2 = (1332) 2 + (3100) 2 BC = 3374 km V = d /t = 3374 / (42,4-0) = 7,95 cm.an -1

41 L APPORT DE LA GÉODÉSIE SPATIALE : le GPS Un réseau mondial de surveillance

42 Les «VECTEURS-VITESSE» de déplacement des plaques lithosphériques.

43 Divergence Convergence convergence Divergence Voir TP réalisé en classe

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