Lycée Général et Technologique Samuel de Champlain Sciences de la vie et de la Terre

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1 ère 1 S Maxime TREIBER, octobre 2012 Lycée Général et Technologique Samuel de Champlain Sciences de la vie et de la Terre Fiche de recherche n 7 : Le modèle global de la Tectonique des plaques durée : 2h00 Un modèle prédictif qui se renforce avec le temps Activité 1 - Mouvement relatif de l Ile de Pâques A partir de l exemple de l île de Pâques (Isla de Pascua en espagnol), vous allez pouvoir comparer la vitesse de déplacement d une plaque tectonique telle qu on la calcule dans le modèle NUVEL-1 (à partir de la vitesse d expansion océanique ) avec celle mesurée par GPS( Global positioning system). PENSER A PRENDRE DES NOTES TOUT AU LONG DE VOTRE DEMARCHE. 1- A l aide du logiciel Google Earth, trouvez les coordonnées de l Ile de Pâques Qu est-ce que l on cherche? On veut localiser l Ile de Pâques sur Terre, or pour localiser un endroit précisément, il faut trouver ses coordonnées latitudinale et longitudinale. Comment trouver ce que l on cherche? On me propose d utiliser Google earth pour trouver ces informations. A défaut, si le logiciel ne fonctionne pas, je peux utiliser d autres moyens : Internet, dictionnaire Recherche sur Google Earth Autre nom de l Ile de Pâques Coordonnées latitude + longitude 2- A quelle plaque tectonique appartient-elle? Qu est-ce que l on cherche? Je veux savoir sur quelle plaque tectonique se situe l Ile de Pâques et j ai à disposition ses coordonnées géographiques et une carte où figurent des plaques tectoniques. Comment trouver ce que l on cherche? J ai a disposition une carte de l océan pacifique avec les limites de plaques tectoniques et les repères géographiques. Je peux repérer l ile en reportant ces coordonnées sur la carte.

2 Ile de Pâques 25 L Ile de Pâques se situe sur la plaque Nazca Calculez sa vitesse de déplacement et indiquez la direction et le sens de son mouvement relatif sur le document. Qu est-ce que l on cherche? Je veux savoir la vitesse, la direction et le sens de déplacement de la plaque Nazca. Comment trouver ce que l on cherche? Je dois chercher la direction et le sens : je sais depuis les recherches 5 et 6 reconnaître une dorsale océanique, je sais également qu une dorsale est une limite de plaque divergente où deux plaques d éloignent l une de l autre (SENS), je sais enfin que les failles transformantes indique la DIRECTION de déplacement des plaques séparées par la dorsale Qu est-ce que l on cherche? On cherche ensuite la vitesse de déplacement, qui peut être assimilée à la vitesse d expansion océanique dans ce cas si on prend comme référentiel la dorsale. Je sais depuis la recherche n 6 calculer une vitesse d expansion océanique en connaissant l âge des fonds océaniques et la distance entre la dorsale et un endroit précis des fonds océaniques. J ai à disposition une carte avec l âge des fonds océaniques. PROBLEME : il n y a pas d échelle spatiale. Comment trouver ce que l on cherche? J ai également à disposition des échelles temporelle et spatiale des anomalies magnétiques mesurées proche de la dorsale Est Pacifique, je peux utiliser ces échelles pour construire une échelle spatiale sur la carte.

3 A l aide de cette échelle, je peux calculer la vitesse moyenne d expansion sur 30 Ma : V = d / dt ; avec dt = 30 Ma et d = longueur du trait bleu dans la réalité. Si le trait vert mesure 1,4 cm et représente dans la réalité 455 km. Alors le trait bleu qui mesure 4,9 cm représente dans la réalité : 4,9 x 455 / 1,4 = 1600 km. V = d/dt = 1600 / 30 = 53 km. Ma-1 = 53 x 10^5 / 10^6 = 5,3 cm.an-1 NB : selon les valeurs prises et mesurées, on peut trouver une vitesse allant jusqu à une dizaine de cm. an-1

4 4- Précisez le référentiel de son mouvement. Le référentiel est la dorsale océanique. Le mouvement relatif de plaque est décrit par rapport à elle. 5- A l aide du logiciel Tectoglob, mesurer et représenter le mouvement par la technique du GPS. Le premier travail à réaliser est de délimiter la zone où se trouve la station a étudier. Il faut donc passer dans le mode "Délimitation d'une zone" et tracer cette zone sur la mappemonde en faisant "glisser" le pointeur d'un coin à l'opposé. Afficher ensuite la fenêtre :tableau GPS où seules les stations de la zone délimitée apparaissent. La station de l'île de Pâques (EISL) est présente dans la zone. Il suffit ensuite de cliquer sur le nom de la station pour voir apparaître les courbes de variation de la position de la station. Utiliser les vitesses longitudinales et latitudinales pour calculer la norme et tracer le vecteur vitesse de la station.

5 Latitude en cm En fonction du temps en années La station GPS de l Ile de Pâques s est déplacée de 5,5 cm (6-0,5) vers le sud en 8ans ( ). La vitesse latitudinale de déplacement est donc de 0,7 cm. an- 1. Longitude en cm En fonction du temps en années La station GPS de l Ile de Pâques s est déplacée de 50cm (- ( )) vers l Est en 8ans ( ). La vitesse longitudinale de déplacement est donc de 6 cm. an- 1. Hauteur en cm En fonction du temps en années Si on représente le déplacement de la station par une flèche où la longueur de la flèche est proportionnelle à la vitesse de déplacement ( par exemple : 1 cm représente une vitesse de 1cm.an-1), cela devient un vecteur vitesse. (simplification extrême ) N N O S E Ile de Pâques Vitesse de déplacement globale O S E Vecteur Vitesse de déplacement latitudinale Vecteur Vitesse de déplacement longitudinale Vecteur Vitesse de déplacement globale Le vecteur vitesse globale peut être décomposé en deux vecteurs dont il en est la somme (programme de maths au collège) pour réviser : On connaît la vitesse latitudinale et la vitesse longitudinale mais pas la vitesse globale. Puisque la longueur des flèches est proportionnelle à la vitesse de déplacement calculée et qu on a respecté la même échelle pour les deux flèches, on peut appliquer le théorème de Pythagore pour trouver la longueur de la flèche bleue et de fait la vitesse globale de déplacement. O S E D = 6cm V longitudinale = 6cm.an-1 D =? Vglobale =? D après le théorème de Pythagore : D 2 = D 2 + D 2 D = (D 2 + D 2 ) D = (0, ) D 6 cm La vitesse globale de déplacement est donc d environ 6cm.an- 1 D = 0,7 cm V latitudinale = 0,7cm.an-1

6 6- Comparer les vitesses et les directions de la plaque contenant l Ile de Pâque données par les deux méthodes. Les vitesses calculées par la méthode ancienne des dorsales (5,3cm.an-1) et par la méthode récente GPS (6cm.an-1) sont similaires. L utilisation de nouvelles techniques confirme donc les mesures faites dans le passé, au début des années 70. NB : dans le premier modèle de tectonique des plaques, les vitesses de déplacement relatifs de plaques ont été mesurées exclusivement à l aide des âges des fonds océaniques autour des dorsales. Source : Cinématique des plaques par X. LEPICHON ; Art. N 28 - Contribution N 27 Actes, Coll. ALLEGRE- MATTAUER, nov.1970, Hermann Edit. Paris, pp Proposer une explication pour justifier vos observations. La différence de vitesse peut être expliquer par la différence de précision entre les deux techniques utilisées et par le fait que la vitesse mesurée par les dorsales est une vitesse sur 30Ma alors que la vitesse mesurée par satellite est mesurée sur 8ans. Echelle de temps très différente et pourtant, on remarque qu on peut suivre aujourd hui directement le mouvement de plaque et que les vitesses mesurées dans le passé sont confirmées. A NE PAS OUBLIER A disposition : - fiche ressource relative à la technique du GPS - le site internet RETROUVER LA STATION EISL SUR LE SITE DE LA NASA

7 Lycée Général et Technologique Samuel de Champlain Sciences de la vie et de la Terre ère 1 S Maxime TREIBER, octobre 2012 Activité 2 L archipel de Hawaii L étude du point chaud d Hawaii va nous permettre de comprendre comment la compréhension de ces objets géologiques a permis de renforcer le modèle global de la tectonique des plaques. Il s agit avant tout de définir et de localiser un point chaud, puis d en tirer les informations utiles dans le cadre du modèle. 1- A l aide du logiciel Tectoglob, présentez la répartition des volcans dans le monde. Les volcans dans le monde Répartition des volcans dans le monde. Les différents volcans sont projetés sur une carte topographique présentant les limites des principales plaques tectoniques. Géomanips Les volcans sont majoritairement situés sur les limites de plaques, mais on remarque que certains ont une situation intraplaque. Comment expliquer cela? En quoi est-ce compatible avec le modèle de la tectonique des plaques? 2- Dans Google Earth, ouvrez le fichier Hawaii.kmz (téléchargeable sur Lilie) et afficher uniquement les informations du répertoire «Volcans».

8 Lycée Général et Technologique Samuel de Champlain Sciences de la vie et de la Terre ère 1 S Maxime TREIBER, octobre Localiser l archipel de Hawaii. Sur quelle plaque tectonique est-il? Vous pouvez pour répondre à la question AFFICHER LES PLAQUES TECTONIQUES sur Google earth, vous verrez alors que Hawaï se situe sur la plaque pacifique. 4- Etudier la répartition géographique des îles volcaniques de l archipel. Les îles volcaniques sont alignées d Ouest en Est. 5- Pour localiser le point chaud, trouver les volcans en activité Les seuls volcans en activité sont ceux situés à l Est de l Ile de Hawaï. Le point chaud est donc situé à cet endroit. 6- Relever l âge des différents volcans (en années). Que constatez-vous? A regarder par vous même. Vous constaterez que plus on s éloigne de l île de Hawaï, plus les volcans de l archipel sont anciens. 7- Formuler une hypothèse pouvant expliquer les résultats précédents. On peut faire l hypothèse que les volcans sur la plaque Pacifique sont la conséquence du point chaud. Ce dernier serait fixe mais comme la plaque Pacifique est en mouvement, au fur est à mesure qu elle se déplace, il se forme de nouveaux volcans à sa surface. APPELER LE PROFESSEUR POUR VERIFICATION 8- Faire une copie d écran et ajouter dans paint une flèche indiquant le sens de déplacement de la plaque Pacifique

9 9- Ouvrir et compléter le fichier Hawai.xls (téléchargeable sur Lilie) avec les distances et les âges des différents volcans en prenant le volcan Lohi comme référence. Vous justifierez ce choix. JE VOUS INVITE VIVEMENT A LE FAIRE VOUS-MEME ; C EST UNE COMPETENCE QUE VOUS DEVEZ MAITRISER. 10- Construire le graphique des résultats et déduisez en la vitesse moyenne de déplacement de la plaque Pacifique durant les trente derniers millions d années. La vitesse moyenne calculée est de 8,5 cm. an Comparer la vitesse, la direction et le sens du déplacement avec ceux des données GPS du site de la Nasa. JE VOUS LAISSE REGARDER 12- Compléter votre schéma sur la tectonique des plaques fait à la maison en y ajoutant les points chauds. Animations sur les points chaud : hill.com/olcweb/cgi/pluginpop.cgi?it=swf::640::480::/sites/dl/free/ /3042 5/19_46.swf::Fig.% %20- %20Hot%20Spots%20and%20Aseismic%20Ridges

10 Source : Modèle par S. Labrosse et P. Thomas ; Dossier Pour la Science n 67- «La Terre à cœur ouvert» - avril-juin 2010 Vous pouvez aller voir pour votre culture : terre.ens- lyon.fr/planetterre/xml/db/planetterre/metadata/lom- ile- haute- atoll.xml