Séquence 5. Modéliser la surface de la Terre : frontières et déplacement des plaques lithosphériques

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1 Séquence 5 Modéliser la surface de la Terre : frontières et déplacement des plaques lithosphériques Sommaire 1. Le recyclage de la lithosphère océanique 2. Le premier modèle de la tectonique des plaques 3. Affiner et réactualiser le modèle de la tectonique des plaques Exercices de la séquence 5 Glossaire des séquences 4 et 5 Documents annexes 1

2 1 Le recyclage de la lithosphère océanique Document 1 Carte des âges des fonds océaniques Mobiliser les acquis Pratiquer une démarche scientifique (observer, questionner, formuler une hypothèse, expérimenter, raisonner avec rigueur, modéliser). Un constat Questions Recenser, extraire et organiser des informations. Colorier chaque tranche d âge de la lithosphère océanique d une couleur différente. Déterminer l âge de la plus vieille lithosphère océanique observée. Comparer cette valeur avec l âge de la lithosphère continentale : environ 4 milliards d années. Que pouvez-vous en déduire? On a montré que la lithosphère océanique apparaît au niveau des dorsales. Comme la Terre a une surface fixe, cela veut dire qu il y a disparition de lithosphère à un autre endroit du globe. Comment la lithosphère océanique disparaît-elle de la surface de la Terre? Les résultats de nombreux enregistrements sismiques ont permis de caractériser les phénomènes ayant lieu au niveau des zones de disparition de la lithosphère océanique, qu on appelle zones de subduction. 3

3 A Étude de la profondeur des foyers sismiques Activité 1 Questions Disposition des foyers sismiques (À l aide du logiciel Tectoglob) Exprimer et exploiter des résultats, à l écrit,, en utilisant les technologies de l information et de la communication. Lancer le logiciel Tectoglob. Faire apparaître séismes et volcans. Centrer la carte sur le Pacifique. Que constatez-vous? Zoomer de façon à n avoir dans votre champ de vision que l Amérique du sud. Tracer une coupe à environ 25 de latitude sud, entre 80 et 60 de longitude. Pour l aide au tracé d une coupe sous Tectoglob, voir la fiche n 8. Imprimer votre travail. Compléter avec les légendes suivantes : chaîne volcanique (Andes), fosse océanique, fonds océaniques. Tracer une droite passant par le maximum de foyers sismiques. Calculer l angle que fait cette droite avec l horizontale. Que pouvez-vous constater constatant la profondeur maximale des foyers des séismes? Sachant que les séismes ne peuvent se produire qu au sein de la lithosphère, quelle hypothèse pouvez-vous faire concernant le devenir de la plaque Pacifique à cet endroit? À retenir A l endroit où la plaque océanique disparaît, on observe un important relief négatif : la fosse océanique. Au voisinage des fosses océaniques, la distribution des foyers des séismes en fonction de leur profondeur s établit selon un plan incliné appelé plan de Bénioff. B Étude des profils de vitesse des ondes P On rappelle que Wegener pensait que la croûte continentale seule se déplaçait, en glissant directement «dans» ou «à la surface de» la croûte océanique. De nos jours, on sait que ce n est pas la croûte seule qui est mobile, mais la lithosphère. Les plaques formant la lithosphère sont rigides. On peut caractériser les propriétés de la lithosphère en utilisant les profils sismiques des ondes P. 4

4 Activité 2 Document 2 Les plaques lithosphériques Recenser, extraire et organiser des informations. La lithosphère terrestre est constituée d une mosaïque de plaques lithosphériques rigides. Pacifique Nord Américaine des Caraïbes des Cocos Africaine Arabique Eurasiatique Philippine Pacifique Nazca Sud Américaine Indo Australienne Mouvement de divergence Mouvement de convergence Antarctique Questions Identifier une plaque ne portant que de la lithosphère océanique. Identifier une plaque à la fois de la lithosphère océanique et de la lithosphère continentale. 1. Au niveau des fonds abyssaux On commence par étudier le profil des ondes P au milieu du domaine océanique, loin des côtes et de la dorsale. On rappelle que plus un milieu est dense, plus les ondes s y propagent vite. Activité 3 Profil sismique en domaine abyssal Recenser, extraire et organiser des informations. Percevoir le lien entre sciences et techniques. On étudie le profil des ondes P au niveau des fonds abyssaux (c est-àdire au milieu du domaine océanique). 5

5 Document 3 Profil de vitesse des ondes P Vitesse (km. s -1 ) Ondes S Ondes P Profondeur (km) Questions Sur un profil de vitesse des ondes P, repérer la base de la lithosphère. Indiquer sa température moyenne. Comment pouvez-vous interpréter le ralentissement des ondes P entre 100 km et 200 km de profondeur? La base de la lithosphère est constituée de péridotite ductile, c est-àdire très partiellement fondue (1 %). Cette fusion partielle diminue la densité de la roche, et provoque un ralentissement des ondes : on parle de LVZ (Low Velocity Zone). Le haut de la LVZ marque la séparation entre : la lithosphère, située au-dessus de la LVZ, qui a un comportement rigide l asthénosphère (du grec asthenos, sans résistance) située en-dessous de la LVZ, qui est constituée de manteau déformable. 2. Au niveau des zones de subduction On s intéresse maintenant au profil des ondes sismiques au niveau des zones de disparition de la lithosphère océanique. On reprend l exemple de la côte est chilienne. Activité 4 Profil sismique en zone de subduction Recenser, extraire et organiser des informations 6

6 Document 4 Profil de vitesse des ondes au niveau de l Amérique centrale W 0 km Profondeur en km Fosse E Amérique Centrale CMB Questions Décrire la variation observée de la vitesse des ondes P au niveau de la zone de subduction. Mettre ces résultats en relation avec les observations de la profondeur des foyers sismiques sous Tectoglob (activité précédente). La lithosphère océanique s enfonce dans l asthénosphère au niveau des zones de subduction, elle est ainsi «recyclée». À retenir L ensemble des plaques constitue la lithosphère. La lithosphère est rigide, contrairement à l asthénosphère sous-jacente, qui est ductile. La lithosphère se déplace en glissant sur l asthénosphère : c est la tectonique des plaques. La limite entre la lithosphère et l asthénosphère est appelée LVZ, elle se situe à 100 kms de profondeur et sa température est d environ 1300 C. C Modèle d une zone de subduction Les zones de transition océan-continent sont appelées «marges». On distingue les marges actives, où il y a subduction de la lithosphère océanique, et les marges passives, où il n y pas de subduction. Les marges actives sont le lieu de nombreux séismes et sont souvent bordées de volcans. Par exemple, le tour de l océan Pacifique est essentiellement constitué de marges actives (on parle de «ceinture de feu» du Pacifique). La cordillère des Andes et la chaîne côtière états-unienne font partie de cette ceinture de feu. En revanche, l Atlantique est essentiellement bordé de marges passives, à l exception de la subduction des Caraïbes. Activité 5 Questions Schéma-bilan des subductions Communiquer dans un langage scientifiquement approprié Réaliser un schéma représentant le devenir d une plaque lithosphérique océanique au niveau d une zone de subduction. Vous pouvez vous aider du point méthode du chapitre 2 de la séquence 1. 7

7 Télécharger et utiliser le logiciel SUBDUCTION réalisé par P.Perez. Vous pouvez le télécharger à l adresse suivante : ac-toulouse.fr/svt/serveur/lycee/perez/subduction/subduction.htm Si le lien ne fonctionne pas, tapez subduction + Perez sur votre moteur de recherche. Compléter, à l aide du logiciel, le schéma avec les légendes suivantes : croûte océanique, croûte continentale, manteau lithosphérique, Moho, océan, plaque plongeante, plaque chevauchante. Bilan La lithosphère océanique apparaît au niveau des dorsales médio-océaniques, et disparaît au niveau des zones de subduction. La lithosphère «plongeante» est mise en évidence grâce à l étude de la profondeur des foyers sismiques et des profils de vitesse des ondes P. 8

8 2 Le premier modèle de la tectonique des plaques Nous sommes maintenant à la fin des années 1960, les idées de Wegener concernant la mobilité des plaques sont acceptées par la communauté scientifique. Le problème lié aux forces à l origine du mouvement a été partiellement résolu grâce à la mise en évidence des cellules de convection mantelliques. Il reste à proposer un modèle cohérent des mouvements des plaques, précisant les directions et les vitesses de chacune d entre elles. Les photos et les échantillons pris par le submersible Nautile au niveau de la faille Vema nous avaient permis de caractériser la structure de la lithosphère océanique. Cette faille se situe au niveau de la dorsale Atlantique, et présente une direction perpendiculaire à l axe de la dorsale. Document 1 Position de la faille Vema Charlie-Gibbs Oceanographer Atlantis Kane Véma 10 St. Paul Romanche 0 On retrouve de nombreuses autres failles présentant la même orientation. Elles sont appelées failles transformantes. Ce sont des frontières en coulissage, elles correspondent à un décalage de l axe de la dorsale. (Elles sont bien visibles sous Google Earth). À quelles contraintes sont dues ces failles perpendiculaires aux dorsales océaniques? 9

9 A Origine des failles transformantes Avertissement : Le paragraphe qui vient est particulièrement complexe et ne s adresse qu aux personnes ayant un intérêt particulier pour la physique. Pour bien comprendre ce phénomène, il faut garder à l esprit que les plaques se déplacent sur une surface sphérique : elles sont en rotation. Pour chaque plaque, on peut définir un axe passant par le centre de la Terre autour duquel cette plaque tourne : on parle d axe eulérien de rotation. Cet axe virtuel transperce la surface de la Terre en deux «pôles» appelés pôles eulériens de rotation. Le rayon de rotation de l élément A est plus grand que le rayon de rotation des éléments B et C. Ouest élément A Est élément B La vitesse angulaire de A est donc supérieure à celles de B et C. N allant pas à la même vitesse ces éléments vont se dissocier et se déplacer les uns par rapport aux autres le long des failles transformantes. Axe de rotation de la Terre Dorsale Faille transformante Document 2 Les déplacements des plaques sur une surface sphérique Pour une plaque donnée, sa vitesse linéaire est constante. Par exemple, les plaques situées de chaque côté de l Atlantique s écartent de l axe de la dorsale à une vitesse de 2 cm par an. Or, la vitesse «angulaire» VA de déplacement, c est-à-dire l angle parcouru par la plaque par unité de temps, est reliée à la vitesse linéaire VL par la formule VA = R.VL. R représente la distance à l axe eulérien de rotation. Au niveau de son pôle eulérien de rotation, R vaut zéro, la vitesse angulaire est nulle. Plus on s éloigne du pôle de rotation, plus R augmente, donc plus la vitesse angulaire augmente. Les différentes régions d une même plaque ne se déplacent pas toutes à la même vitesse angulaire. Pour mieux comprendre, admettons qu on ait deux plaques dont l axe de rotation soit confondu avec l axe de rotation de la Terre. Ces deux plaques s écartent à une vitesse donnée. Au niveau du pôle Nord, la vitesse angulaire de la plaque est nulle. Au niveau de l Equateur, leur écartement devrait normalement être bien plus important! Or, la vitesse linéaire d écartement est constante, elle correspond à la vitesse à laquelle la dorsale située entre ces deux plaques est capable de produire du plancher océanique. 10

10 La croûte océanique se fracture sous l effet de ces contraintes opposées : ce sont les failles transformantes, qui «transforment» le mouvement de rotation en mouvement linéaire. Les failles transformantes peuvent exister aussi en domaine continental. Par exemple, dans les Alpes, la faille insubrienne est une faille transformante, de même que la faille de Sumatra. Le terme «faille transformante» est donc une expression générique pour désigner tout mouvement de coulissage horizontal entre deux parties de plaques. Ces failles prouvent que les plaques ont un comportement rigide : elles ne peuvent pas se «déformer», elles peuvent seulement se fracturer sous l effet de contraintes importantes. Reste à déterminer leur direction et leur vitesse À retenir Deux jeux de force opposés agissent sur les plaques lithosphériques : les contraintes liées à la rotation, qui imposent un écartement plus important à l équateur eulérien qu au pôle eulérien les contraintes liées à la production de magma, qui imposent une vitesse d écartement uniforme sur toute la longueur de la dorsale. Ces forces provoquent la fracturation de la lithosphère : des frontières coulissantes se mettent en place, ce sont les failles transformantes. B Les différents types de mouvements aux frontières de plaques Récapitulons : nous avons vu trois types de mouvements possibles au niveau des frontières de plaques. Au niveau des dorsales, le plancher océanique se forme, les plaques océaniques s écartent à des vitesses variant de 2 à 12 cm par an. Au niveau des zones de subduction, le plancher océanique disparaît, englouti dans l asthénosphère sous-jacente. Au niveau des failles transformantes, les plaques coulissent les unes par rapport aux autres. Grâce au paléomagnétisme, on peut calculer les vitesses moyennes des plaques sur plusieurs millions d années. Attention, ce sont des vitesses et des directions relatives ; c est-à-dire qu on décrit la vitesse et le mouvement d une plaque par rapport à une autre plaque. Pour obtenir un modèle satisfaisant de l ensemble des mouvements des plaques, il faut maintenant : 11

11 préciser le mouvement instantané des plaques, c est-à-dire leurs vitesses et sens de déplacements actuels. Les déplacements des plaques sont obtenus de nos jours par des données satellitaires (GPS : Global Positioning System), voir chapitre suivant. préciser le mouvement absolu des plaques, c est-à-dire par rapport à un référentiel fixe, sur une longue période de temps. Point physique La notion de référentiel On appelle référentiel un objet ou un ensemble d objets par rapport auxquels on décrit le mouvement d un autre corps. Par exemple, si je descends un escalator qui est en train de monter, je suis immobile dans le référentiel terrestre (je fais du sur-place) mais j ai un mouvement descendant dans le référentiel de l escalator. Où trouver un référentiel fixe, alors que la surface du globe paraît en perpétuel mouvement? À retenir A la surface du globe, les plaques lithosphériques peuvent s écarter, se rapprocher, ou coulisser les unes par rapport aux autres. C Le volcanisme intraplaque À la surface du globe, le volcanisme est essentiellement observé en bordure de plaques, soit au niveau des dorsales (ex dorsale indienne) soit au niveau des zones de subduction (ex les Antilles). Pourtant, on trouve aussi d étranges alignements volcaniques au beau milieu des plaques, par exemple à la Réunion ou à Hawaii. Les basaltes issus de ces coulées de lave indiquent une source profonde du magma. Activité 1 Comment expliquer les alignements d îles volcaniques intraplaques observés à Hawaii? Recenser, extraire et organiser des informations. Exprimer et exploiter des résultats, à l écrit et à l oral, en utilisant les technologies de l information et de la communication. Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : oral, écrit, graphique, numérique. 12

12 Pour cette activité, on va utiliser les logiciels Google Earth et Excel. Consulter les fiches n 6 et n 7. Vous devez au préalable télécharger le fichier Hawaï.kmz. Ouvrir Google Earth et ouvrir dans Google Earth le fichier Hawaï.kmz. Questions Identifier les volcans hawaiiens encore en activité. Donner les dates des séismes les plus récents. Faire une exploration en 3D de l archipel et décrire les caractéristiques de ce paysage volcanique (décrire le relief et la forme des volcans). Relever l âge des différents volcans. Que constatez-vous? Expliquer en quoi les résultats précédents permettent de supposer un déplacement de la plaque Pacifique au-dessus d un point fixe, où il y a production de magma. Créer sous Excel un fichier Hawaii.xls avec une colonne pour les distances des différents volcans au volcan Kilauea (en km) et une colonne pour les âges en millions d années. Construire la courbe «distance en fonction de l âge du volcanisme». Afficher la droite de régression linéaire correspondante, et son équation. En déduire la vitesse de déplacement de la plaque. Formuler une réponse au problème initial. On appelle «point chaud» une remontée locale de magma d origine profonde. Certains points chauds sont actifs depuis des dizaines de millions d années. Les points chauds sont ancrés à la limite manteau-noyau et ne se déplacent pas à la surface du globe. On peut donc les utiliser comme des référentiels fixes, pour retrouver le mouvement absolu des plaques sur de longues périodes de temps. Activité 2 Document 3a Ride d Hawaii et ride de l Empereur Recenser, extraire et organiser des informations. Comprendre le lien entre les phénomènes naturels et le langage mathématique. Localisation d Hawaii ASIE AMERIQUE DU NORD Hawaï AUSTRALIE 13

13 Document 3b Schéma ride d Hawaii-Empereur (70) Fosses des Aléoutiennes Jimmu (65) Suiko (60) Jingu (55) Nihoa (5) Iles Hawaii Mauna Loa (0) 100 km Kilauea (0) Monts de l Empereur Koko (46) Kinmei (42) Limite Hawaii-Empereur Midway (18) km Ride d Hawaii Iles Hawaii Necker (10) Nihoa (5) Hawaii (0) (55) Volcans récents et actuels émergés Volcans sous-marins éteints Age des volcans (en Ma) Questions A partir du doc 3b, identifier la date à laquelle il y a eu un changement dans la direction de déplacement de la plaque. Calculer la vitesse à laquelle se déplaçait la plaque avant ce changement de direction. Comparer avec la vitesse actuelle de déplacement, calculée à l activité 1. À retenir Les points chauds sont des remontées locales de magmas profonds, considérés comme fixes au cours des temps géologiques. Ils sont à l origine d alignements volcaniques intraplaques (ex : Hawaii). D Le modèle NUVEL-1 Le premier modèle global de la tectonique des plaques a été établi en 1968 par Xavier Le Pichon, il comprenait alors 6 plaques. Au fur et à mesure que les données s accumulent, le modèle se complexifie : un modèle à 11 plaques apparaît en En 1990, le modèle NUVEL-1 présente une lithosphère à 12 plaques, de tailles très variables de l énorme plaque Antarctique à la microplaque des Cocos. Leurs déplacements varient de 1 à 10 cm par an environ la vitesse à laquelle poussent nos ongles! 14

14 Activité 3 Le modèle NUVEL-1 Recenser, extraire et organiser des informations. Document 4 Modèle à 12 plaques Pour cet exercice, vous pouvez vous aider de Google Earth : ouvrir le fichier kmz «Hawaii.kmz» et dans le menu Lieux, cliquer sur l onglet «plaques tectoniques». Questions Colorer en bleu les principales zones de divergence. Colorer en rouge les principales zones de convergence (collision ou subduction). Indiquer la direction et la vitesse de déplacement de la plaque Pacifique, calculée à l activité 2. Bilan L étude des failles transformantes a confirmé la nature rigide des plaques lithosphériques. Restait à préciser le déplacement des plaques par rapport à un référentiel fixe. Ce référentiel a été fourni par les points chauds. Quand une plaque se déplace au-dessus d un point chaud, on observe des alignements volcaniques intraplaques. 15

15 3 Affiner et réactualiser le modèle de la tectonique des plaques Un modèle est d autant plus précis qu il est validé par de nombreuses mesures et observations. En quoi les informations fournies par des techniques récentes nous permettent-elles de valider et de préciser le modèle de la tectonique des plaques? Le modèle de la tectonique de plaques prévoit que la croûte océanique est d autant plus vieille qu on s éloigne de la dorsale. La vitesse d écartement des plaques a pu être calculée grâce aux anomalies magnétiques (chapitre 3, séquence 1) et aux alignements volcaniques intraplaques (chapitre 2, séquence 2). Existe-t-il une autre technique permettant de quantifier la vitesse d expansion d un océan? A Datation des sédiments océaniques profonds Des forages sous-marins ont été réalisés pour prélever les sédiments en contact avec le plancher océanique : c est le programme JOIDES : Joint Oceanographic Institutions for Deep Earth Sampling. Ces sédiments, les plus profonds, doivent avoir le même âge que la croûte sur laquelle ils reposent. On peut dater l âge de ces sédiments par différentes méthodes physico-chimiques. Activité 1 Deux méthodes de datation complémentaires Comprendre le lien entre les phénomènes naturels et le langage mathématique. Exprimer et exploiter des résultats, à l écrit, à l oral, en utilisant les technologies de l information et de la communication. On s intéresse à l expansion de la dorsale Atlantique sud à 28. Pour cette activité, reportez-vous à la fiche technique d Excel (Fiche n 6). 16

16 Document 1 Age des sédiments en fonction de la distance D à l axe Age (MA) D (kms) Document 2 Les anomalies magnétiques de part et d autre de la dorsale Atlantique Anomalies magnétiques (nt) Axe de la dorsale atlantique Echelle des inversions magnétiques Distance à l axe (kms) Age en MA Questions Tracer sous Excel la courbe «âge des sédiments en fonction de la distance à l axe de la dorsale» Faire une régression linéaire, en déduire la vitesse d expansion de la dorsale. Calculer la vitesse d expansion à partir des données paléomagnétiques. Comparer les deux résultats. Comparez avec la vitesse de déplacement de la plaque Pacifique calculée à l activité 1 du chapitre précédent. À retenir A retenir : Le modèle d expansion océanique initial prévoyait une certaine vitesse d écartement des plaques, pour chaque dorsale. Ces valeurs ont pu être confirmées par les forages sousmarins JOIDES. Des techniques de positionnement satellitaires mises au point à la fin du 20 e siècle nous permettent de calculer en instantané les vitesses des différentes plaques. On appelle ces techniques : GPS (Global Positioning System), ou «altimétrie satellitaire». 17

17 B Utilisation de données satellitaires pour confirmer les vitesses de plaques Les satellites utilisés en GPS émettent des ondes, dont la vitesse est connue avec précision. Ces ondes sont perçues par des récepteurs situés sur la croûte. En calculant le temps de trajet des ondes du satellite au récepteur, on peut déduire la distance qui sépare ces deux objets. L utilisation de 4 satellites nous permet de déduire la position exacte du récepteur. Document 3 Schéma du satellite et du récepteur Satellite 1 Satellite 2 Aller-retour d ondes Récepteur Terre Activité 2 Utiliser les données GPS : la triangulation Le GPS permet de mesurer la distance d d un satellite (de position connue) à la station choisie. On sait alors que la station se trouve quelque part sur la sphère ayant pour centre le satellite et de rayon d. Si on a 4 satellites, on peut avoir 4 sphères qui se recoupent en un point : ce point est la station en question. C est le même principe que lorsqu on cherche à localiser l épicentre d un séisme grâce à la réception d ondes par des stations : on calcule la distance de l épicentre à plusieurs stations de positions connues. 18

18 pour chaque station, on trace le cercle ayant pour centre la station et pour rayon la distance entre l épicentre et la station l intersection de ces cercles donne l épicentre du séisme. On parle dans les deux cas de triangulation. Dans le cas du séisme, on se place dans un espace à deux dimensions seulement (on néglige la courbure de la Terre) et donc on a besoin de 3 récepteurs. Voyons ceci avec un exemple. Questions Au cours d un séisme, une station sismique proche de l épicentre a enregistré les sismogrammes suivants. Indiquer sur les enregistrements les temps d arrivée des différentes ondes. Document 4 Les ondes reçues par les différentes stations déplacement du sol (mm) temps (s) Exprimer la relation qui permet de calculer la distance d qui sépare l épicentre d un séisme de la station sismique à laquelle il est enregistré en fonction de : la vitesse de propagation des ondes P (V P ) la vitesse de propagation des ondes S (V S ) la valeur (t S t P ) (t S = temps d arrivée des ondes S, et t P = temps d arrivée des ondes P). Aide commencer par exprimer VP en fonction de d et tp, puis VS en fonction de d et ts. exprimer ensuite ts tp en fonction de d, VP et VS. 19

19 Au cours d un autre séisme, qui s est produite le 20 janvier 2003 dans la région Nord-Ouest Pacifique, 4 stations sismiques ont enregistré l arrivée des différents types d ondes. Les résultats sont présentés dans le tableau suivant : Heure d arrivé des ondes (temps universel UTC), enregistré par différentes sations sismiques. Code de la statin Heure d arrivée UTC (heure : minute : seconde) Ondes P Ondes S PET 03:02:04 03:02:52 MA2 03:03:42 03:05:48 YSS 03:04:19 03:06:54 MAJO 03:06:25 03:10:40 On a V P = 7,74 km/s, et V S = 4,32 km/s. Pour chacune des stations sismiques présentées dans le tableau précédent, calculer la distance à l épicentre. Déterminez l heure à laquelle s est produit le séisme. Localiser l épicentre de ce séisme sur la carte de la région suivante : Document 5 Nord Les stations ayant enregistré le séisme MA2 Latitude (Nord) 60 Mer d Okhotsk 55 PET 50 YSS 45 Mer du Japon Océan Pacifique Kilomètres MAJO Longitude (Est) 20

20 À retenir Avec l utilisation des techniques de positionnement par satellites (GPS), les directions et vitesses des plaques deviennent directement mesurables. Les valeurs données par le paléomagnétisme et les alignements de volcans de points chauds sont confirmées. C Bilan : le cycle de la lithosphère océanique Les mesures des forages profonds et des GPS permettent donc d établir un modèle de déplacement des plaques de plus en plus précis. En permanence, la lithosphère océanique est produite dans les dorsales, à partir de magmas d origine mantélique. Au bout de plusieurs dizaines de millions d années, cette lithosphère océanique disparaît dans les zones de subduction. Elle se met à se déshydrater, puis à fondre, et ses constituants sont incorporés au manteau. Cela donne lieu, sur la plaque chevauchante, à un volcanisme de type explosif comme par exemple aux Antilles. Activité 3 Questions Bilan : la tectonique des plaques Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : oral, écrit, graphique, numérique. Reproduire sur une feuille A3 + compléter le schéma-bilan (document 6) : Rajouter les âges de la lithosphère océanique dans les bulles : 0,1MA, 20MA, 90MA. Rajouter le Moho tout au long de la lithosphère océanique, préciser sa profondeur approximative pour les âges 0,1 et 90MA. Rajouter le Moho tout au long de la lithosphère continentale, préciser sa profondeur approximative. Représenter en rouge les remontées magmatiques, et indiquer le phénomène à l origine de la fusion. Dessiner en bleu la cellule de convection mantélique correspondant à cette partie du globe. Indiquer en noir les mouvements relatifs observés aux frontières de plaques. Préciser dans les encarts la composition lithologique de la croûte continentale et de la croûte océanique. 21

21 Document 6 Schéma-bilan Axe de la dorsale Océan Croûte continentale : Croûte océanique : Manteau : Manteau : Les frontières de plaques sont souvent sujettes à de violents épisodes sismiques ou volcaniques. Ils constituent donc des zones à risques pour les populations. Activité 4 Document 7 Un séisme à Istanbul? Manifester de l intérêt pour la vie publique et les grands enjeux de la société. Recenser, extraire et organiser des informations. La micro-plaque Anatolienne Mer Noire Eurasienne Turquie Istanbul Fai lle Nord-Anatolienne Micro-plaque Anatolienne Faille Est-Anatolienne Mer Méditerranée 250 kms Chypre Afrique Faille du Levant Arabique Vecteur GPS Questions Décrire précisément le mouvement de la plaque Anatolienne, et en préciser les conséquences. Expliquer pourquoi Istanbul est une zone à haut risque sismique. 22

22 À retenir Le manteau fournit donc les matériaux nécessaires à la construction de la lithosphère océanique nouvelle, et «recycle» les matériaux issus de la dégradation de la vieille lithosphère océanique. Bilan Les nouvelles techniques de mesure (forages, GPS) ont montré que le modèle de la tectonique des plaques proposé prévoyait de façon efficace les vitesses de déplacement des plaques. Les mouvements peuvent être suivis en temps réel, et le modèle est constamment réajusté. Toutefois, il reste à développer des systèmes prédictifs plus efficaces pour nous prévenir des épisodes sismiques aux frontières de plaques. 23

23 E xercices de la séquence 5 Exercice 1 Restitution de connaissances Expliquer comment l étude du volcanisme intraplaque a pu confirmer la mobilité de la lithosphère océanique. Présenter deux méthodes différentes permettant de quantifier la vitesse d expansion d une dorsale océanique. Montrer à l aide d exemples comment l étude des ondes sismiques a permis de mieux connaître la composition et la dynamique de la Terre. Exercice 2 La Terre coupée en deux Réaliser un schéma d une coupe transversale de la Terre en prenant comme échelle 1 cm = 300 km. Vous devez représenter les frontières chimiques (Moho, la discontinuité de Gutenberg et la discontinuité de Lehmann) et physique (LVZ). Note : on appelle PREM (Preliminary Reference Earth Model) ce premier modèle de la structure du globe. Exercice 3 La fosse des Mariannes On s intéresse à la fosse océanique la plus profonde : celle des Mariannes. On l étudie au moyen du logiciel Tectoglob. Faire apparaître séismes et volcans et centrer la carte sur les Philippines. Tracer une coupe au niveau des îles Mariannes, c est-à-dire entre les points (19 N, 139 E) et (28 N, 149 E), choisir une exagération des reliefs de 20 %. Imprimer. Tracer une droite passant par le maximum de foyers sismiques. Calculer l angle que fait cette droite avec l horizontale. Comparer l angle obtenu avec celui du Chili (activité 1 du chap.1). Retrouver l âge des fonds océaniques au niveau des îles Mariannes et du Chili en vous aidant du doc1 du chap.1. Établir un lien entre cet âge et la valeur de l angle mesuré. Exercice 4 Un archipel isolé L archipel Tristan da Cunha est l île habitée la plus éloignée de tout continent! Seulement 275 personnes peuplent cet ensemble de 4 îles per- 24