SVT ; Partie 2 : La tectonique des plaques : l’histoire d’un modèle




Partie 2 : La tectonique des plaques : l’histoire d’un modèle



Sommaire :

Chapitre 1 : La mobilité des continents : la naissance d’une idée
Chapitre 2 : La dérive des continents à la tectonique des plaques
Chapitre 3 : Le modèle actuel de la tectonique des plaques





Chapitre 1 : La mobilité des continents : la naissance d’une idée


Jusqu’au milieu du XXème siècle, les géologues attribuent aux continents une position fixe immuable.
En 1912, Alfred Wegener remet en cause cette vision : il suggère pour la première fois un déplacement horizontal des continents à la surface de la Terre.

Les acquis :
-          Les séismes sont la conséquence d’une rupture de roche en profondeur sous l’effet de fortes contraintes :
- compression / décompression
- cisaillement
Depuis le foyer, point de rupture, les ondes sismiques se propagent dans toutes les directions. Des sismomètres / sismographes peuvent les enregistrer -> sismogramme
-          Le volcanisme résulte d’une remontée de magma a quelques kilomètres sous le volcan. Ex : volcanisme effusif avec coulées de lave et explosif avec projection de lave, de cendres, émission de gaz.
-          La répartition des séismes et des volcans permet de délimiter les plaques lithosphériques. Celles-ci se déplacent les unes par rapport aux autres générant des contraintes à l’origine des tremblements de terre et des irruptions volcaniques. Il existe plusieurs types de frontières de plaques :
- divergentes
- convergentes


(Prise de note durant la vidéo )
(TP 8 – La naissance d’une idée : la mobilité horizontale des continents)
Feuille : Les arguments contre la dérive des continents
(TP9 – La naissance d’une idée : la mobilité horizontale des continents)


Les problèmes scientifiques à résoudre :
  1. Comment Wegener a-t-il argumenté la mobilité des continents ?
  2. Comment cette théorie a-t-elle été accueillie par la communauté scientifique ?
  3. Comment les connaissances et les techniques actuelles ont permis de confirmer cette théorie ?


I-                    L’idée d’une mobilité horizontale des continents
1)      Au début du 20ème siècle, Wegener met en relation plusieurs observations
  • Le tracé des cotes est complémentaire
  • La similarité d’espèces fossiles sur des continents distincts
  • Les traces de glaciation du même âge : Amérique, Afrique, Australie, Inde.
  • Les roches de même nature sur des continents différents témoignant des climats identiques dans le passé.
  • Répartition bimodale des altitudes à la surface de la Terre
  • Les continents seraient faits d’un
  • matériau léger le sial (silice aluminium) et le fond des océans d’un matériau dense le sima (silice magnésium)
Jadis, les continents étaient regroupés : la Pangée. Au début de l’aire secondaire il y a eu une fragmentation de ce super continent qui dérive de ces blocs continents
Document
ð  L’idée de Wegener fut rejetée par la communauté scientifique faute d’un moteur.


2)      Des mouvements de convection dans le manteau
Les mouvements de convection dans le manteau proviennent de la désintégration d’éléments radioactifs.
-> Libération de chaleur
-> Déplacement horizontal de la croute


II-                  Les études sismiques à l’origine du rejet de la théorie de la tectonique
1)      Des ondes traversent le globe

-          Les ondes P : ce sont des ondes rapides. Des ondes de compression/décompression qui se propagent dans les milieux liquides et solides. Leur vitesse varie en fonction du milieu traversé.
ex : croute 5.5 km/s ; manteau 12km/s
-          Les ondes S (secondaires) : plus lentes. Ondes de cisaillement. Elles ne se propagent que dans les solides.
-          Les ondes L (ondes de surfaces) : se propagent dans les couches superficielles du globe. Ondes les plus dévastatrices.
è Ces ondes fournissent des infos sur les milieux traversés. Mise en évidence de discontinuités.

 
2)      L’étude des ondes révèle une Terre « solide »

Document
Gutenberg remarque l’existence de zones d’ombres : les stations d’enregistrement ne reçoivent pas les ondes sismiques P normalement entre 11500 km et 14500 km.
è Il en déduit donc qu’il y a un obstacle d’où l’existence d’une discontinuité à 2900km qui limite le manteau du noyau. C’est la discontinuité de Gutenberg.
En 1936, Lehmann met en évidence une seconde discontinuité à 5140km. Elle limite le noyau de la graine. C’est la discontinuité de Lehmann.
La Terre interne est un milieu solide mais beaucoup trop résistant pour être déformé.
ð  La théorie de la mobilité horizontale des continents est à nouveau rejetée.


III-                De nouvelles méthodes d’exploration des océans : la sismique réflexion
1)      L’étude sismique de la carte terrestre

La mise en évidence de la discontinuité de Moho (1909) fut confirmée par la mesure de la vitesse des ondes sismiques.
ex : Les ondes P :
- 6 km/s sous la croute continentale
- 6.5-7km/s dans la croute océanique
D’autre part, la discontinuité de Moho varie de 30 à 70 km sous les continents et de 7 à 13 km sous les océans
On a maintenant la possibilité de distinguer croute océanique et croute continentale. Ce qui a permis d’établir la nature des roches de la croute océanique.


2)      Les roches de la croute océanique

TP10 – Etude de quelques roches de la croute océanique, continentale et du manteau
Activité 1 :
A-     La texture
-          Basalte
•Couleur noire
•Une partie pâteuse
•Quelques microcristaux appelés microlites et des phénocristaux (olivine & pyroxène)
•Texture microlitique
-          Granite
•Couleurs : gris ou rose
•Structure entièrement crisallisé avec des phénocristaux (biotite, muscovite, plagioclase, quartz, orthose)
•Texture grenue
-          Gabbro
•Couleurs : vert et noir
•Roche cristallisé (pyroxène, plagioclase)
•Texture grenue
-          Péridotite
•Couleurs : verdâtre
•Roche cristallisé (olivine, pyroxène)
•Texture grenue
  

B-      La composition minéralogique
Aspect à l'œil nu
Couleur en lumière polarisée non alysée
Couleur en lumière polarisée analysée
Présent dans quel roche ?
Muscovite ou Mica blanc
feuilleté
Blanc argenté
Couleurs vives
Granite
Biotite ou mica noir
feuilleté
Marron noir
Bleu vert
Granite
Plagioclases ou feldspath
Prismes hexagonaux
blanc incolore
lignes grises et noires
Granite ; Gabbro
Orthose ou fledspath
Crisal
Rose
Gris et noir
Granite
Quartz
Prismes hexagonaux
incolore
Gris clair à gris foncé
Granite
Olivine
Critaux vert
vert/incolore
Teintes vives
Peridotite ; Basalte
Pyroxene
Prismes octogonaux
brun
teintes oranges
Peridotite ; Basalte ; Gabbro

C-      La composition chimique
Formule
Granite
Perioditite
Basalte et Gabbro
Silice
SiO2
70%
44%
49%
Alumine
Al2O3
14,50%
2%
15,50%
Feldspath Alcalin
Na2OK2O
8,60%
0,30%
3%
Feldspath Calcosodique
CaO
2,60%
3%
11%
Fer
FeO
3%
8,60%
11%
Magnésium
MgO
1%
4,20%
9%

Activité 2
 Le granite est beaucoup plus riche en silice que le basalte car il contient du quartz. Les roches sont différentes car elles n’ont rien à voir du point de vue de leur composition chimique mais aussi car elles ne comportent pas les mêmes minéraux. Elles ne se sont donc pas formées de la même façon et n’ont pas la même origine. Le SIAL repose sur le SIMA. En effet, la croûte océanique est très riche en magnésium quand la croûte continentale est plus riche en silice. Le granite est une roche acide. La péridotite est une roche ultrabasique. Le basalte et le gabbro sont des roches basiques.
(fin du TP)

(TP11 – La cristallisation des roches)

Les roches de la croute océanique :
Basaltes
Gabbros
Minéraux visibles  l’œil nu
Peu
Tous
Minéraux invisibles à l’œil nu
Oui
Non
Structure
Microlitique
Grenue
Condition de refroidissement
rapide
lent

Basaltes et gabbros proviennent d’un même magma mais ont un refroidissement différent.
Les minéraux présents sont : Si, O, Al et Fe.

3)      Les roches de la croute continentale
Elles sont très variées et nombreuses :
-          Sédimentaires -> calcaire
-          Métamorphiques -> ardoises, schistes
-          Magmatiques -> granite
Les minéraux présents sont : Si, O, Al et K.

4)      Les roches du manteau
Les roches du manteau sont des matériaux inaccessibles mais les remontées de magma témoignent de la présence de péridotites (olivine et pyroxène)
Les minéraux présents sont : Si, O, Fe et Mg.




Chapitre 2 : de la dérive des continents à la tectonique des plaques

TP12 – De la dérive des continents à la tectonique des plaques
Activité 1
Document A-
Différences :
Points communs :
-          Fosses
-          Iles volcaniques
-          Dorsales, rift
-          Plaines abyssales
-          Talus
-          Plateaux continentaux

Document B-
Le flux géothermique est très élevé à l’aplomb des dorsales
Document C- 
Hess dit que la croute océanique est formée au niveau de la dorsale et disparait au niveau des fosses. Recyclage permanent -> mouvement des continents
Question 1 : Mouvement ascendant de matière = transfert de chaleur
Question 2 : L’expérience a démontré l’existence d’un mouvement de convection (mouvement de matière chaud). C’est ce qui se passe à l’aplomb des dorsales, en provenance du manteau.
Question 3 : Hess pense que le plancher océanique se crée au niveau des dorsales et disparait au niveau des fosses. Recyclage permanent.
Question 4 : La plancher océanique s’écarte de part et d’autre de la dorsale puis fini par plonger dans le manteau au niveau des fosses. Les mouvements de convection sont donc le moteur de l’expansion du plancher océanique.
ð  Dans ce modèle de Hess, les continents s’écartent d’où la mobilité horizontale des continents
Activité 2 :
Question 1 : Le basalte
Question 2 : Les roches ont gardé en mémoire le vent et e champ magnétique qui existaient lors de leur formation
L’étude du paléomagnétisme enregistré dans les basaltes d’origines géographiques différentes et d’âges différents montre que ce sont les continents qui se sont déplacés.
(fin du TP)


Dans les années 1950-60, de nouvelles données océanographiques et sismiques vont relancer l’hypothèse d’une mobilité des continents.

Les problèmes scientifiques à résoudre :
  1. Comment l’hypothèse de la mobilité des continents est-elle relancée ?
  2. Comment la connaissance des fonds océaniques a-t-elle permis l’élaboration de la théorie de la tectonique des plaques ?
  3. Comment les déplacements des plaques ont-ils été précisés ?
I-                    L’hypothèse de l’expansion océanique
1)      Le relief des fonds marins
(cf document des profils)
-          Les campagnes océanographiques révèlent que les dorsales forment un relief continu au fond des océans, d’environ 60 000 km de long.
-          Au milieu de chaque dorsale : présence d’un rift. C’est-à-dire un fossé d’effondrement.
-          Les plaines abyssales : 4-5 km de profondeur
-          Les fosses : 7-11 km de profondeur
-          Les plateaux continentaux 0-200 m

2)      Le flux géographique
Doc 3 p113
Le flux géothermique est très élevé au niveau des dorsales : remontée du matériel chaud en provenance du manteau.

3)      L’hypothèse de Hess en 1962
Son hypothèse :
Des mouvements ascendants de convection dans le manteau aboutissent à la formation/mise en place du plancher océanique. Ce plancher océanique s’écarte ensuite de part à d’autre de la dorsale puis fini par plonger dans le manteau au niveau des fosses océaniques -> idée de double tapis roulant.
è C’est l’hypothèse de l’expansion océanique
è L’hypothèse de la mobilité horizontale des continents est donc relancée

II-                  Le magnétisme des roches magmatiques
1)      Les basaltes
Lors de leur refroidissement, les basaltes acquièrent une aimantation qui est à l’origine d’un champ magnétique propre de même direction et de même sens que le champ magnétique terrestre ambiant. Des roches d’âges variés avaient des champs magnétiques différents.

2)      La découverte des anomalies magnétiques
L’étude du champ magnétique enregistré dans les basaltes d’âges variés prouve que le sens du champ magnétique terrestre s’est inversé au cours des temps géologiques. Une échelle temporelle de ses inversions magnétiques a été établie.

3)      La confirmation de l’expansion océanique
Dans les années 50, on découvre l’existence d’anomalies magnétiques disposées en bandes parallèles et symétriques par rapport à l’axe de la dorsale.
En 1963, Matthews met en relation les données précédentes et propose un modèle de la formation du plancher océanique. En effet, il prouve qu’il existe une remontée permanente de lave basaltique dans l’axe de la dorsale, les basaltes anciens étant poussés de part et d’autres de la dorsale. Le plancher océanique est donc bien en expansion.
Les basaltes mis en place au cours des périodes « normales » (l’état du Nord et du Sud actuels) présentent une anomalie magnétique positive. Les bandes d’anomalies négatives correspondent à des basaltes mis en place pendant des périodes inverses (Sud/Nord).
Grâce à l’échelle temporelle des inversions du champ magnétique terrestre, on peut calculer la vitesse d’expansion de l’océan.


III-                La construction d’un modèle global : la tectonique des plaques
Nous sommes en 1967. Trois géologues américains montrent que les ondes sismiques se propagent plus rapidement le long du plan de Benioff. Or, la vitesse des ondes sismiques augmente quand la température du milieu traversé diminue.
Un matériau rigide et froid plonge dans le manteau supérieur en suivant le plan de Benioff. Le matériau environnant l’asthénosphère -> subduction.



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