Les mouvements des plaques lithosphériques

4 Les mouvements des plaques lithosphériques 1 Les mouvements des plaques à la surface de la Terre (pp. 186-187 du manuel de l élève) aux mouvements des plaques, aux phénomènes associés. Situer dans le temps des découvertes scientifiques en exploitant les textes de Wegener. (compétence 3, doc. 1 à 4). Situer dans le temps les théories de Wegener et de Harry Hess (atelier Histoire des sciences p. 197). Les élèves ont pu découvrir dans le chapitre 3 l existence de plaques lithosphériques. Cette unité a pour objectif de mettre en évidence les mouvements de ces plaques à partir de données GPS et de relier ces mouvements à l existence des reliefs à l échelle de la planète. La technique GPS est abordée dans l atelier «Des mouvements sous surveillance» (p. 196). Une enquête est également proposée aux élèves sur l intérêt de son utilisation dans différents domaines. Les doc. 1 et 2 sont obtenus à l aide du logiciel Tecto- Glob. Ce logiciel exploite les données GPS en les affichant sous forme de vecteur visualisant le déplacement de différentes stations. En tapant TectoGlob dans un moteur de recherche, on trouvera plusieurs sites académiques où le télécharger gratuitement. Ainsi, l élève est amené à constater des mouvements d écartement (doc. 1) et de rapprochement (doc. 2). Ces mouvements sont ensuite reliés à l existence des reliefs (doc. 3) et de limites de plaques : mouvements d écartement au niveau des dorsales et mouvements de rapprochement au niveau des fosses océaniques et des chaînes de montagnes. L exercice 6 p. 199 réinvestit les notions acquises dans l unité en utilisant les indications des données GPS obtenues en Islande. L atelier «Histoire des Sciences» (p. 197) permet de compléter cette unité par une approche historique où les arguments de Wegener et les données actuelles (GPS) trouvent leur place. 1 Doc. 1 et 2 ( xtraire des informations et calculer). Évolution de la distance entre la France et les États-Unis en un siècle : (éloignement de 1,6 cm/an + éloignement de 2,5 cm/an) 100 = éloignement de 4,10 mètres en un siècle. Évolution de la distance entre l île Sakhaline et les îles Marshall en un siècle : (rapprochement de 1,89 cm + rapprochement de 7,19 cm) 100 = rapprochement de 9,08 mètres en un siècle. Mouvements mis en évidence : mouvements d écartement des plaques dans le doc. 1, mouvements de rapprochement des plaques dans le doc. 2. 2 Doc. 3 et 4 ( xtraire des informations et raisonner). Au niveau des dorsales océaniques, on observe des mouvements d écartement. Au niveau des fosses océaniques et des chaînes de montagnes, les mouvements sont des mouvements de rapprochement. 3 En conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse). Le système GPS permet de mesurer les mouvements des plaques lithosphériques à la surface de la Terre. Ces plaques se déplacent de quelques centimètres par an. Les plaques lithosphériques s écartent au niveau des dorsales (mouvements d écartement) et se rapprochent au niveau des fosses océaniques et des chaînes de montagnes (mouvements de rapprochement). 53

2 Origine et devenir des plaques à la surface de la Terre (pp. 188-189 du manuel de l élève) aux mouvements des plaques, aux phénomènes associés et aux déformations. Traduire (en respectant des conventions) sous la forme d un schéma : les mouvements aux limites de plaques ; le fonctionnement de la lithosphère. (compétence 3, doc. 1, 4 et 5). Raisonner, argumenter, pratiquer une démarche expérimentale (compétence 3, doc. 1 à 6). La démarche permet de relier d une part les mouvements d écartement à la formation des plaques lithosphériques au niveau des dorsales océaniques (page de gauche) et d autre part d associer les mouvements de rapprochement à la disparition de la lithosphère océanique au niveau des fosses océaniques (page de droite). Cette unité met en œuvre de nombreuses compétences (s informer, manipuler, représenter schématiquement) et s inscrit dans une démarche d investigation : des faits scientifiques sont présentés grâce à l utilisation du logiciel TectoGlob : l âge des roches de la lithosphère océanique de part et d autre de la dorsale (doc. 1) et la répartition des séismes par rapport à une fosse océanique (doc. 4). L élève utilise un modèle lui permettant de relier ces faits aux mouvements des plaques (doc. 2). Deux schémas fonctionnels sont alors présentés (doc. 3 et 6) et fournissent une première représentation des mouvements des plaques localisant leur formation au niveau des dorsales et leur disparition au niveau des fosses océaniques. Les modèles permettent d appréhender des phénomènes non observables en raison des trop grandes échelles de temps et d espace. Il est nécessaire cependant d en faire une critique. L exercice 7 p. 199 réinvestit les notions acquises sur l écartement des plaques au niveau de la dorsale de l océan Atlantique et apporte un éclairage sur l histoire de cet océan. Dans l atelier Science in English (p. 197), les élèves pourront enrichir leur vocabulaire en langue anglaise avec des termes en lien avec cette unité. L exercice de méthode (p. 200) permet de réinvestir les notions de cette unité tout en développant les compétences liées à l apprentissage de la communication à l aide du schéma fonctionnel. 1 Doc. 1 ( xtraire des informations d une carte et raisonner). Plus on s éloigne de la dorsale et plus les roches sont anciennes. (Remarque : on pourra également souligner la symétrie de cette répartition de part et d autre de la dorsale.) 2 Doc. 1 ( xtraire des informations d une carte et raisonner). À partir de la répartition des bandes de couleurs, on peut émettre l hypothèse que les plaques se forment au niveau de la dorsale atlantique. 3 Doc. 2 et 3 (Raisonner à partir d un modèle). Au temps t2, les bandes vertes et jaunes s écartent, d autres bandes (ocres et rouges) viennent en surface. Ce modèle permet de tester l hypothèse : la rainure d où sortent les nouvelles bandes représente la dorsale océanique au niveau de laquelle les plaques se formeraient. On peut conclure que les mouvements de plaques sont des mouvements d écartement. 4 Doc. 4 à 6 ( xtraire des informations et raisonner). Les foyers sismiques sont répartis tout au long de la fosse océanique (doc.4). Plus on s éloigne de la fosse repérable sur la coupe, plus les séismes sont profonds (doc. 5 et 6). On peut conclure qu une plaque s enfonce au niveau de la fosse en plongeant dans l asthénosphère. 5 En conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse). Les plaques se forment et s écartent au niveau des dorsales océaniques. Les plaques se rapprochent et s enfouissent au niveau des fosses océaniques : elles plongent dans l asthénosphère. 54

3 Les conséquences de l écartement des plaques (pp. 190-191 du manuel de l élève) aux mouvements des plaques, aux phénomènes associés et aux déformations. Présenter ces informations sous une forme appropriée. Traduire (en respectant des conventions) sous la forme d un schéma : les mouvements aux limites de plaques ; le fonctionnement de la lithosphère. (compétence 3, doc. 1 à 6). Repérer des informations dans un texte (compétence 1, doc. 7) Lire et employer différents langages (compétence 5, doc. 8). Expliquer l évolution de la Terre (dans le cadre de la tectonique des plaques) (compétence 3, doc.8). La démarche adoptée dans cette unité consiste à présenter des faits de terrain, à les expliquer en liaison avec les conséquences de l écartement des plaques puis à généraliser le phénomène aboutissant à la création d un nouvel océan. Lors de la première étape (les faits de terrains) l élève doit constater les mouvements d écartement entre la plaque africaine et la plaque arabique grâce aux donner GPS (doc. 1). Puis il repérera l activité sismique et volcanique (doc. 2 et 4) dans la région d Asal Ghoubbet. L élève pourra associer les structures «en marche d escalier» (doc. 3) à des mouvements d écartement. La deuxième étape (l explication) peut se faire grâce à une mise en relation entre ces données de terrain, les connaissances acquises sur le fonctionnement de la dorsale et les explications fournies par un géologue (doc. 5 à 7). La dernière étape (généralisation) consiste à interpréter l ensemble des données et à les intégrer dans un schéma fonctionnel illustrant la naissance d un océan (doc. 8). Dans l objectif de comprendre les phénomènes à l origine de la formation des chaînes de montagnes qui seront présentés dans l unité 4, les élèves devront bien noter la formation de lave en coussins au cours de la création de ce nouvel océan. En effet, ils retrouveront ensuite ce type de lave dans les Alpes (doc. 4 p. 192). Il est nécessaire de bien faire remarquer que les mouvements des plaques ont pour conséquence un déplacement des deux blocs continentaux séparés par l ouverture océanique. Cela contribuera à la compréhension des phénomènes à l origine de la formation des chaînes de montagnes abordée dans l unité suivante. 2 Doc. 1 et 3 (Raisonner). Les données GPS indiquent des mouvements d écartement. 3 Doc. 5 à 7 ( xtraire et mettre en relation des informations et raisonner). On peut émettre l hypothèse suivante : suite à l étirement de la lithosphère au niveau du lac Asal, le fossé continental passe sous le niveau de la mer, entraînant des arrivées d eau salée du golfe de Tadjoura à l origine des dépôts de sel. 4 Doc. 8 (Réaliser un schéma). 5 En conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse). Les mouvements d écartement étirent et amincissent la lithosphère. En se fracturant la surface continentale s affaisse progressivement, un fossé et une nouvelle dorsale se forment. Dans quelques millions d années, les mouvements se poursuivant, ils entraîneront l ouverture d un océan. 1 Doc. 1 à 4 ( xtraire des informations d une carte et raisonner). La présence d une zone sismique et volcanique active et les déplacements enregistrés par les GPS prouvent que cette région est une limite entre deux plaques lithosphériques. 55

4 Les conséquences du rapprochement des plaques (pp. 192-193 du manuel de l élève) aux mouvements des plaques, aux phénomènes associés et aux déformations. Participer à la conception et la mise en œuvre d un protocole pour modéliser les déformations à la surface de la Terre. (compétence 3, doc. 1 à 4). Raisonner, pratiquer une démarche expérimentale (compétence 3, doc. 5). Expliquer l évolution de la Terre (dans le cadre de la tectonique des plaques) (compétence 3, doc. 6). La démarche proposée consiste à observer des faits de terrain et à intégrer ces données dans un modèle explicatif. L exemple des Alpes (doc.1) a été choisi car c est un contexte local qui peut éventuellement faire l objet d une sortie géologique. L exemple de l Himalaya est présenté dans l atelier «Enquête» (p. 196). Les déformations observées sont un pli (doc. 2) et une faille (doc. 3). Les élèves ont appris en 5 e comment se forment les roches sédimentaires. Ils peuvent ici reconnaître la présence de strates déformées, ils doivent alors se questionner sur les causes de ces déformations. La problématique de cette unité et les connaissances acquises dans l unité 1 suggèrent que la formation d une chaîne de montagnes est une conséquence des mouvements de rapprochement des plaques lithosphériques. On pourra à partir de la modélisation proposée (doc.6) laisser l élève réfléchir au protocole expérimental en fournissant la liste du matériel mis à disposition. Les mesures de longueur et d épaisseur du montage permettent d appréhender les notions de raccourcissement et d épaississement. L épaississement dans une chaîne de montagnes est implicite en raison du relief positif. Le raccourcissement moins évident est pourtant nécessaire pour évoquer les mouvements horizontaux. La présence des laves en coussin dans les Alpes (doc. 4) est plus difficile à expliquer pour un élève. Le doc. 1 montre que l on se trouve au contact entre les plaques africaine et eurasiatique. Il ne s agit pas ici d expliquer le phénomène d obduction mais simplement d évoquer l existence d un ancien océan entre les deux plaques. Les mouvements de rapprochement ont entraîné la fermeture de cet océan et la collision des deux plaques. L animation proposée dans l atelier «Des plaques animées de mouvement» (p. 196) est un prolongement de cette unité en permettant de reconstituer l histoire des océans et d une chaîne de montagnes. Les schémas de l exercice 4 p. 198 peuvent être utilisés pour valider les connaissances sur l ensemble des mouvements affectant les plaques lithosphériques. 1 Doc. 1 à 3 ( xtraire des informations et raisonner). Les données GPS induisant des mouvements de rapprochement entre la plaque africaine et la plaque eurasiatique, on peut faire l hypothèse que les couches de roches plissées et faillées (doc. 2 et 3) sont des terrains sédimentaires déformés au cours de ces mouvements. 2 Doc. 4 (Raisonner). Pour compléter l hypothèse précédente, la présence de laves dans les Alpes semblables à celles d une dorsale océanique témoigne de l existence d un ancien océan, les mouvements de rapprochement entre deux plaques ayant entraîné la fermeture de l océan et le rapprochement des continents. 3 4 Doc. 2 et 3 (Réaliser un schéma). Voir ci-dessous. Doc. 2 et 3 et 5 (Rendre fonctionnel un schéma). faille contraintes contrainte 5 Doc. 6 (Raisonner). Les conséquences des mouvements de la plaque africaine et de la plaque eurasiatique sont la fermeture progressive d un océan, la collision des deux continents engendrant des déformations de la lithosphère et la formation d une chaine de montagnes. 6 En conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse). Les mouvements de rapprochement des plaques peuvent entraîner la fermeture d un océan, une collision entre deux continents engendrant la formation d une chaîne de montagnes. 56

(pp. 198-200 du manuel de l élève) Les corrigés de la rubrique «Je vérifie mes connaissances» (p. 198) et le corrigé de l exercice guidé (p. 200) se trouvent à la fin du manuel élève (p. 221). Sont proposés ici les corrigés des exercices de la rubrique «J applique mes connaissances» et de l exercice d application de la rubrique «Méthode». 5 PISA Au niveau de deux plaques Réaliser un schéma. Cet exercice réinvestit les connaissances acquises au cours de l unité 2 de ce chapitre sur les mouvements des plaques au niveau des fosses océaniques. L exercice 9 «J apprends à communiquer à l aide d un schéma fonctionnel» (p. 200) peut être une aide méthodologique permettant à l élève de rendre fonctionnel son schéma. 1. a. 1 ; b. 1. 2. plaque eurasiatique fosse plaque pacifique 6 Un désaccord historique Raisonner à partir d un texte historique. Cet exercice réinvestit les connaissances acquises au cours de l unité 4 de ce chapitre sur les conséquences des mouvements des plaques entraînant la formation d une chaîne de montagnes. a. La présence de fossiles marins dans les montagnes prouve que les roches constituant les montagnes ont une origine marine : c est l argument utilisé par Buffon pour appuyer l hypothèse sur l origine des montagnes. b. Pour Voltaire, ces fossiles sont des poissons apportés par un voyageur et qui se sont pétrifiés. c. Des animaux marins sont fossilisés dans les sédiments des fonds océaniques. Par les mouvements de rapprochement des plaques lithosphériques, l océan se ferme et une chaîne de montagnes se forme. Les fossiles emprisonnés dans les roches sédimentaires d origine marine se retrouvent ainsi présents dans les montagnes. 7 Histoire de l océan Atlantique Raisonner à partir d un graphique. Cet exercice réinvestit les connaissances acquises au cours de l unité 3 de ce chapitre sur les mouvements des plaques entraînant la naissance d un océan. a. La largeur de l Atlantique entre A et B de nos jours est de 550 + 660 = 1 210 km ; il y a 100 millions d années, elle était de 100 + 100 = 200 km. L océan est plus large aujourd hui, il s est agrandi, les continents américain et africain se sont éloignés. b. L hypothèse de la date de la formation de l océan Atlantique au niveau de la coupe est de 165 millions d années. c. La lithosphère s amincit, une dorsale se crée. De chaque côté de cette dorsale, des plaques lithosphériques se forment et s écartent de quelques centimètres par an, provoquant l ouverture de l océan Atlantique. Ces mouvements entraînent un éloignement des continents de chacune de ces plaques et un élargissement de l océan. 8 L Islande, une île sur deux plaques Raisonner à partir d une carte. Cet exercice réinvestit les connaissances acquises au cours de l unité 2 de ce chapitre sur les mouvements des plaques au niveau des dorsales océaniques. a. Mouvement d écartement entre la plaque nord-américaine et la plaque eurasiatique. b. Plus on s éloigne de la dorsale, plus les roches sont anciennes. Les roches se forment au niveau de la dorsale, puis s en éloignent au cours du mouvement d écartement entre les deux plaques. c. L Islande se trouvant dans une zone active, à la limite de deux plaques qui s écartent au niveau d une dorsale océanique, cela explique la présence de nombreux séismes et volcans. 9 10 J apprends à communiquer à l aide d un schéma fonctionnel (Méthode) Exercice guidé : voir le corrigé p. 221 du manuel de l élève. Réponse attendue pour l exercice d application : Nord plaque Nazca dorsale plaque antarctique Coupe au niveau de la dorsale est-pacifique Sud 57