CAPES CONCOURS INTERNE SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE Thème/Titre : Arguments en faveur de la tectonique des plaques Niveau : Première S PLAN POSSIBLE Les arguments en faveur de la tectonique des plaques 1re S Introduction : En utilisant l actualité (séisme italien ou japonais) et/ou en faisant appel aux acquis de 4ème : la terre bouge, les géologues envisagent que les déformations apparentes à la surface de la Terre sont liés aux déplacement de plaques lithosphériques. Cette leçon doit permettre aux élèves de comprendre comment s est construit le modèle que l on connaît actuellement sous l intitulé : modèle de la tectonique des plaques. Problématique : Quelle est la dynamique historique de la construction du modèle de tectonique des plaques (arguments/contre arguments)? 1. Wegener et les origines de la dérive des continents Objectif : connaître le contexte de l'époque oú Wegener propose la dérive des continents et comprendre pourquoi elle n'est pas acceptée A- Quels sont les principaux arguments de Wegener pour étayer son modèle explicatif? Doc 1 : La répartition actuelle des formations géologiques et de quelques fossiles âgés de plus de 200 Ma en Afrique et en Amérique du Sud Pour reconstituer la position passée des continents, Wegener s appuie sur le tracé des côtes, la continuité des roches anciennes, des dépôts glaciaires, des chaînes de montagne anciennes et des localisations des fossiles. Ainsi, il recolle les continents et explique leur position actuelle par leur déplacements horizontaux depuis. Doc 2 : La répartition des vestiges glaciaires du permo-carbonifère. Ces dépôts (figurés en rose) attestent de la présence d une calotte glaciaire entre -320 et -250 Ma.
Doc 3 : La distribution statistique du relief à la surface de la Terre La répartition des altitudes montre 2 niveaux prédominants : celui des continents à +300m et celui des océans à -4800m. Il interprète ceci comme 2 domaines de densité différente, où les continents flottent sur un matériel plus léger, permettant ainsi les déplacements horizontaux et verticaux des continents. Wegener s est appuyé sur des observations de terrain sur différents continents pour déplacer et recoller les continents. Ensuite de part la répartition des altitudes sur Terre, il propose que ces déplacements horizontaux s expliquent par le fait que des continents plus légers (SIAL) se déplacent sur un matériau plus dense (SIMA). Depuis un supercontinent unique, les continents se seraient écartés les uns des autres : c est la théorie de la dérive des continents. Au début du XXe, les premières idées évoquant la mobilité horizontale s appuient sur quelques constatations : - la distribution bimodale des altitudes (continents /océans) - les tracés des côtes - la distribution paléogéographique des roches anciennes, des chaînes de montagnes, des dépôts glaciaires et de certains fossiles. B- Les raisons du rejet du modèle explicatif de Wegener (ses arguments sont oubliés pendant une trentaine d'années) Document 4 : la théorie des ponts continentaux selon Emile Haug en 1900(19 ème siècle et début 20 ème siècle) Document 5 : L origine des océans : deux propositions La théorie des ponts continentaux envisage que les ponts effondrés forment le plancher des océans. Selon Wegener, c est incompatible avec les lois de la physique puisque les continents «flottent» en équilibre sur un substrat plus dense. Ce qui relie les différentes théories, celle de Wegener et celle de ses opposants, est que les continents 1 et 2 étaient en communication jadis dans les temps géologiques.
Document 6 : Le sismogramme historique du séisme japonais enregistré à Postdam (1889) Document 7 : La propagation des ondes S dans le manteau terrestre : utilisation du logiciel Sismolog Un séisme ayant eu lieu au Japon a été enregistré en Europe, ce qui prouve que les ondes sismiques ont traversé le manteau. Or, les ondes S sont notamment enregistrées, et comme elles ne circulent pas dans le milieu liquide, on en déduit que le manteau est entièrement solide. Le manteau étant solide, cela a rendu moins plausible la théorie de Wegener indiquant que les continents flottaient comme des icebergs sur un matériel plus léger. C est un argument physique en 1920 qui porte le coup de grâce ( provisoire ) à la théorie de Wegener : il n y a pas de cause pouvant déformée la croûte, qui est trop rigide, et donc pas de déplacements continentaux possibles. La théorie de Wegener a d abord été débattue car des arguments proposés par ses opposants étaient encore conciliables avec la dérive des continents. Mais quand on a prouvé que la Terre était quasi entièrement solide et beaucoup trop résistante pour rendre mobile les continents, la théorie de Wegener a été abandonnée. Ces idées se heurtent au constat d un état solide de la quasi totalité du globe terrestre établi, à la même époque, par les études sismiques. L idée de mobilité horizontale est rejetée par l ensemble de la communauté scientifique. Faute de connaissances suffisantes sur la structure et le fonctionnement de la planète Terre, la théorie de la dérive des continents est abandonnée en 1920. Dans les années 1950-1960, de nouvelles données océanographiques et sismiques vont relancer l hypothèse d une mobilité des continents. Objectif : Comment l hypothèse de la mobilité des continents a-t-elle été relancée puis validée? 2. De la dérive des continents à la tectonique des Plaques : les arguments à partir de 1960 A- l hypothèse de Hess Document 8 : La topographie des fonds océaniques Les campagnes océanographiques des années 1950 ont permis de dresser une cartographie complète et de prélever des échantillons de basalte et gabbro. Récemment mis en place. L existence de profondes fosses océaniques a aussi été révélée.
Document 9 : La carte du flux géothermique Au début des années 1960, plus d un millier de mesures du flux géothermique avaient été réalisées, les 2/3 en milieu océanique. Document 10 : Des mouvements de matière dans le manteau et leur modélisation. Dans cette modélisation du transfert de chaleur par convection, deux couches de glycérine de couleur différente sont placées dans un bécher chauffé à sa base. Document 11 : L hypothèse de l expansion océanique de Hess (1962) Au début des années 60, les découvertes de la topographie océanique et des variations du flux thermique permettent à Hess d imaginer une expansion océanique par accrétion de matériau remontant à l axe de la dorsale, conséquence d une convection profonde.
B- Le magnétisme des roches des fonds océaniques (comprendre le comportement des roches du plancher océanique avec le champ magnétique de la Terre et observer la symétrie des anomalies magnétiques) Manipulation imposée : mesure du champ magnétique actuel d un basalte Document 12 : Profil magnétique mesuré et représentation des anomalies magnétiques correspondantes en fonction de la distance à la dorsale 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 (connus depuis le début du siècle) permet d éprouver l hypothèse de Hess et de calculer des vitesses d expansion. C- Volcanisme de points chauds (comprendre le mécanisme d'un point chaud et le mouvement de la plaque lithosphérique) Document 13 : L alignement volcanique Hawaii-Empereur et son schéma d interprétation Des alignements volcaniques, situés en domaine océanique ou continental, dont la position ne correspond pas à des frontières de plaques, sont la trace du déplacement de plaques lithosphériques au dessus d un point chaud fixe, en première approximation, dans le manteau. Le modèle prévoit des vitesses de déplacements des plaques (d après le paléomagnétisme et les alignements de volcans intraplaques).
D- Épaisseur et âge des fonds océaniques (interpréter les différentes épaisseurs et âge de sédiments du plancher océanique afin de proposer une direction de mouvement des plaques) Document 14 : Les fonds marins de l Atlantique Sud L âge des sédiments en contact avec les basaltes de la croûte océanique est représenté. Le modèle prévoit que la croûte océanique est d autant plus vieille qu on s éloigne de la dorsale. Les âges des sédiments en contact avec le plancher océanique (programme de forage sous marin JOIDES) confirment cette prédiction et les vitesses prévues par le modèle de la tectonique des plaques. D- La confirmation du modèle par les données GPS Document 15 : Carte des vecteurs de déplacement des plaques dans de nombreuse stations mondiales Avec l utilisation des techniques de positionnement par satellites (GPS), à la fin du XXe siècle, les mouvements des plaques deviennent directement observables et leurs vitesses sont confirmées. Conclusion. Récapituler les principaux arguments, dans l ordre chronologique. Réflexion sur le concept de modèle : hypothèse de départ, construction du modèle, efficacité prédictive.