TP 11. Comment renforcer la théorie de la tectonique des plaques dans les années 60-70?

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François-Xavier Marion
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1 TP 11 Comment renforcer la théorie de la tectonique des plaques dans les années 60-70? Lycée E. Delacroix 1 ère S Programme 2011

2 Activité 1 : Observer la géométrie des frontières de plaques Bordas 1S SVT ed 2011 p. 120

3 Bordas 1S SVT ed 2011 p. 120

4 Corrigé des questions p Doc 1 et 2: on constate que la dorsale est cisaillée à de très nombreux endroits. En effet son trajet n est pas rectiligne. Ces cisaillements de la dorsale sont appelés failles transformantes. On constate une répartition des séismes le long de ces failles transformantes entre 2 tronçons de dorsale. Or de part et d autre de la dorsale le mouvement est divergent. Ceci induit un coulissement en sens contraire des portions de plaques de part et d autre de la faille transformante. Ce coulissement engendre des forces de frottement, des contraintes, donnant lieu à des ruptures brutales de roches, i.e. des séismes.

5 Doc 3 et 4 La faille transformante transforme la trajectoire rectiligne de la dorsale en de nombreux petits tronçons de dorsale. Ces failles transformantes, sont curvilignes, de plus en plus grandes lorsqu on s approche de l équateur, et sont centrées sur un axe passant par le centre de la Terre (axe eulérien). Le morcellement de la dorsale s explique par le comportement cassant, rigide des plaques lithosphériques. La forme curviligne des failles transformantes, et leur longueur variable selon la latitude s expliquent par le mouvement des plaques sur une Terre sphérique.

6 Bilan sur les failles transformantes Les failles transformantes transforment la trajectoire de la dorsale. Cette transformation, s explique par la sphéricité de la Terre et par le comportement rigide, cassant des plaques lithosphériques en mouvement sur l asthénosphère ductile. La localisation des foyers sismiques le long de ces failles entre deux portions de dorsale révèlent le mouvement de coulissage engendrant des forces de frottement qui génèrent alors des séismes. Ce mouvement des blocs rigides mis en évidence par les failles transformantes conforte donc la théorie de la tectonique des plaques (du grec «tecto» = charpentier).

7 Topographie à l axe de la dorsale

8 Topographie à l axe de la dorsale Faille normale Forces d étirement associées au mouvement de divergence Volcanisme basaltique

Échelle 1/20 000 Soit 1 cm sur le modèle représente 20 000 cm en réalité 1 cm 20 000 cm soit 2x10 4 x10-2 m soit

9 Échelle 1/ Soit 1 cm sur le modèle représente cm en réalité 1 cm cm soit 2x10 4 x10-2 m soit 2x10 4 x10-5 km 1 cm 0,2 km Et v= 2cm/an V=d 1cm /t 1cm soit t 1cm = d 1cm /V t 1cm = /2 t 1cm = ans

10 Fig. 5 Diagramme perspectif d'une demi-zone axiale dans une dorsale infralente.

11 Failles normales associées à des forces d extension Ei Li<Lf Ei>Ef => Il s agit de forces d étirement Forces d extension Li Mouvement relatif des compartiments Ef Lf

12 Modélisation des déformations tectoniques Failles normales Failles inverses

13 Fig. 2 Bloc diagramme montrant l'organisation en surface et en profondeur de la zone axiale d'une dorsale rapide. (ex Est Pacifique)

18 Explications des sea mounts Ex de Clipperton qui devient une île émergée

22 Document 1 : Le rift de Thingvellir en Islande Cette structure est une portion émergée de la dorsale de l Atlantique Nord. Ouest Est

Document 2 : Profil de sismique réflexion dans la fosse de Nankaï au Japon. Ce profil représente une portion d une coupe de la croûte océanique effectuée perpendiculairement à la fosse.

23 Document 2 : Profil de sismique réflexion dans la fosse de Nankaï au Japon. Ce profil représente une portion d une coupe de la croûte océanique effectuée perpendiculairement à la fosse. Les limites des couches de roches forment des surfaces sur lesquelles les ondes sismiques se réfléchissent. En étudiant le temps de parcours entre une source d onde et un capteur, on peut localiser ces réflecteurs. Les lignes noires sur le profil sont des réflecteurs correspondant à des couches de sédiments de même âge, initialement déposées de façon horizontale.

24 Document 2 : Profil de sismique réflexion dans la fosse de Nankaï au Japon. Légendes: Forces de compression associées au mouvement de convergence Plan de la faille inverse Mouvement relatif des compartiments

25 Modélisation des déformations tectoniques Failles normales Failles inverses

26 Maquette d une faille inverse Li Ei Li>Lf Ei<Ef => Il s agit de forces de compression Mouvement relatif des compartiments Forces de compression associées au mouvement de convergence Ef Li Lf

27 Activité 2 : le renforcement de la théorie grâce à l étude des points chauds La chaîne d Hawaï s étend selon une direction NW-SE et la chaîne de l Empereur a une direction N-S. Bordas 1S SVT ed 2011 p123

28 Document 3 : Protocole expérimental Pour comprendre le mode de fonctionnement d un point chaud on se propose d utiliser un modèle analogique utilisant une bougie et une plaque de verre. Replacer sur le verre (avec les traces de la bougie qui brûle), dans l ordre de leur formation, les îles volcaniques (4 entre Hawaï et Midway; 4 entre Yuryaku et Jimmu)

29 Document 4 : Emplacement de la dorsale Pacifique Hatier 2001

Il existe des zones de formation profonde (dans l asthénosphère) de magma appelées points chauds On suppose que le point chaud (zone de formation magmatique) est fixe, situé dans une partie profonde

30 Il existe des zones de formation profonde (dans l asthénosphère) de magma appelées points chauds On suppose que le point chaud (zone de formation magmatique) est fixe, situé dans une partie profonde du manteau (*) et que la plaque lithosphérique se déplace «sur» l asthénosphère ductile. Dans ce cas : - Alignement des volcans - Seul le dernier volcan est actif *Les matériaux sources des points chauds sont issus de couches limites dans le manteau, notamment celle à la profondeur de 670 km correspondant à la limite manteau inférieur - manteau supérieur, et celle à la limite entre le noyau et le manteau.

31 Carte des principaux points chauds

32 5-1,6cm (carte) > 1 000km (réel) d Yuryaku Hawaï : 6 cm, soit à km V = 3 750/ 44 V = 85 km/ Ma V= 8,5 cm/an Depuis 44 Ma la plaque a un mouvement absolu vers le NW, avec une vitesse de déplacement de 8,5 cm/an. d Jimmu-Yuryaku : 2,9 cm, soit km V = 1813/ 21 V = 86 km/ma V= 8.6 cm/an Entre 65 et 44 Ma, la plaque se dirigeait vers le Nord à une vitesse de 8,6 cm/an.

33 Expérience analogique Représentation schématique de l observation expérimentale Fonctionnement d un point chaud

34 Intérêt de l étude des points chauds On observe la direction de déplacement des plaques lithosphériques On peut calculer vitesse absolue de déplacement

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