THÈME1-B. La tectonique des plaques : histoire d’un modèle. CHAP. 1 : La naissance d’une théorie: La dérive des continents

Un modèle en théorie déjà connu! Programme de Quatrième La partie externe de la Terre est formée de plaques lithosphériques rigides reposant sur l'asthénosphère qui l’est moins. La répartition des séismes et des manifestations volcaniques permet de délimiter une douzaine de plaques. Les plaques sont mobiles les unes par rapport aux autres et leurs mouvements transforment la surface du globe. À raison de quelques centimètres par an, les plaques s’écartent et se forment dans l'axe des dorsales. Elles se rapprochent et s'enfouissent au niveau des fosses océaniques. La collision des continents engendre des déformations et aboutit à la formation de chaînes de montagnes. 2 BO

La répartition des séismes et des manifestations volcaniques permet de délimiter une douzaine de plaques. 3

Plaques lithosphériques majeures 8- Plaque Arabique 5 9 – Plaque de Nazca 10- Plaque des Cocos 11 -Plaque des Caraïbes 12- Plaque des Philippines 4

Les structures géologiques aux limites de plaques 5

Une triple préoccupation  Comprendre la marche des idées.  Dégager les étapes historiques ayant permis l’émergence de la théorie puis son évolution.  Enrichir le premier modèle de structure du globe établi au collège.

Un point sur l’état des idées sur le globe terrestre au début du XX ème siècle 7

Les premières cartes géographiques mondiales 1507 Martin WALDSEEMÜLLER cartographe allemand

Dès 1596 le cartographe hollandais Abraham ORTELIUS remarque le parallélisme frappant entre le tracé des côtes atlantiques africaines et sud-américaines et évoque l’idée d’une séparation via des tremblements de terre et des inondations.

De la Renaissance jusqu’au début du XXème siècle, plusieurs auteurs expliquent le rassemblement des continents, suggéré par le dessin particulier des côtes sur les deux rives de l'Atlantique, par le livre de la Genèse qui évoque, au moment de la création du monde, la formation à la surface de la Terre de deux unités distinctes : les eaux et le continent « que les eaux qui sont sous le ciel s’amassent en un seul et que le continent apparaisse » Une inspiration religieuse

La Terre La Terre était à l’origine une masse en fusion qui continuait à se solidifier et à se contracter. Les matières rocheuses les plus légères migraient vers la surface et donnaient des roches éruptives et métamorphiques de type granitique qui associées avec les sédiments donnaient le Sial Le Sial flottait sur le Sima plus dense assimilable aux basaltes, gabbros et péridotites Le noyau était riche en Nickel et fer (Nife) 11

1858 Antonio Snider-Pellegrini, géographe français 1860 Edouard Suess, géologue autrichien !

A/ La naissance de l’idée: la mobilité horizontale des continents

 Quels ont été les arguments et le modèle développés par Alfred Wegener pour convaincre ses contemporains que les continents n’étaient pas fixes ?  En quoi les nouvelles données de terrain concernant le domaine océanique remettent-elle en cause le modèle de Wegener tout en réactualisant la théorie de la dérive des continents ?  Quelles sont les caractéristiques du modèle scientifique actuel permettant de synthétiser l’ensemble des connaissances actuelles ? La synthèse Wegenérienne L’aventure de l’exploration océanique ou comment de nouvelles données de terrain remettent en cause des éléments du modèle Un nouveau modèle synthétique à forte valeur prédictive 14

1912 Les intuitions d’Alfred WEGENER concernant la dérive des continents: une première phase centripète dans la marche des idées

Si le météorologue allemand Alfred Wegener ne fut pas le premier à proposer un déplacement des continents au cours du temps, il fut le premier à chercher à regrouper tous les arguments en faveur de cette théorie de la dérive des continents.

Alfred Wegener ( ) 17 « La première idée des translations continentales me vint à l'esprit dès En considérant la carte du globe, je fus subitement frappé de la concordance des côtes de l'Atlantique, mais je ne m'y arrêtai point tout d'abord, parce que j'estimai de pareilles translations invraisemblables. En automne 1911, j'eus connaissance par hasard, en lisant une collection de rapports scientifiques, de conclusions paléontologiques, inconnues jusqu'alors pour moi, admettant l'existence d'une ancienne liaison terrestre entre le Brésil et l'Afrique. Cela m'engagea à faire un examen préalable et sommaire des résultats connexes au problème des translations, tant en Géologie qu'en Paléontologie. J'obtins tout de suite des confirmations assez importantes pour commencer à être convaincu de l'exactitude systématique de la théorie. » (Alfred Wegener, La genèse des continents et des océans, 1928 ; réédition, Paris, C. Bourgois, 1990, p. 1.) Météorologue allemand Chaire de météorologie et géophysique à l’université de Graz en Autriche en 1924 Développe à la session annuelle de l’Union géologique en 1912 une communication : « idées nouvelles sur la formation des grandes structures de la surface terrestre (continents et océans) sur des bases géophysiques » Livre : La genèse des continents et des océans parutions en –

La naissance de l’idée Au début du XXème siècle, 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 géographique des paléoclimats et de certains fossiles. 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. 18 BO

Les faits scientifiques repris par Wegener Arguments topographiques – Contours des côtes Arguments géologiques : – Cratons – Chaîne calédonienne – Chaine Hercynienne Arguments paléontologiques Arguments climatiques : – Tillites (sédiments glaciaires) – Terrains houillers (Ptéridophytes climat équatorial) – Sel et gypse (climat aride) 19

les tracés des côtes 20 Bacon vers 1620 Taylor 1910

Arguments géologiques 21

Arguments paléontologiques 22

Les traces d'anciennes glaciations 23 On observe, sur certaines portions des continents actuels, des marques de glaciation datant d'il y a 250 millions d'années, indiquant que ces portions de continents ont été recouvertes par une calotte glaciaire. Il est plus qu'improbable qu'il ait pu y avoir glaciation sur des continents se trouvant dans la zone tropicale (sud de l'Afrique, Inde).

24 PANGEE -50 Ma -270 Ma

Les ponts continentaux et le modèle fixiste. Voir animationcontinentaux 25

26

Théorie de l’isostasie Suess (La face de la Terre – 2 tomes parus en 1883 et en1909) avait popularisé l’idée que les continents (Sial) « flottent » sur le Sima. Equilibre de type hydrostatique résultant de l’application du principe d’Archimède Théorie de l’isostasie : Pratt, Dutton et Airy Théorie dominante aux USA 27

la distribution bimodale des altitudes s'oppose à la théorie de contraction thermique de la Terre de Edouard Suess pour expliquer les reliefs m m

Les contre-arguments à la théorie de la dérive des continents (1928) 29 Géométrie approximative des reconstitutions paléogéophysiques Comment les structures de part et d’autre de l’atlantique se raccordent si bien alors qu’elles ont migré sur une si grande distance (effets de poupe et de proue) Avant le Permien? Absence de force convaincante

L’étude de la propagation des ondes sismiques révèle, qu’en dehors d’un noyau externe liquide, la totalité du globe terrestre est solide. Concept SIAL-SIMA

Holmes 31 Ceci est le schéma original de Holmes. (A) Holmes propose que l'existence de courants de convection dans le manteau, sous un grand bloc continental (comme la Pangée, par exemple), crée dans la croûte continentale des forces de tension. Ces forces de tension vont contribuer à fracturer la croûte continentale, avec, dans les fractures ouvertes, des venues de magma provenant du manteau. (B) La cristallisation de ce magma va créer de la croûte océanique composée de basalte. Toujours sous l'influence de la convection, la nouvelle croûte océanique va elle aussi se fracturer et être infiltrée par le magma

32 Il va donc se former ainsi continuellement de la nouvelle croûte océanique, un processus qui fera en sorte que les masses continentales vont s'éloigner l'une de l'autre, comme repoussées par cette formation de nouvelle croûte océanique. Pour Holmes, la surface terrestre est un espace fini, ce qui implique que s'il y a tension dans certaines zones, il doit y avoir compression ailleurs, ou encore, s'il y a formation de nouvelle croûte terrestre par endroits, il faut qu'il y ait destruction ailleurs. Cette destruction se fait dans les zones de compression où la croûte s'enfoncera dans le manteau, donnant naissance à des fosses océaniques profondes. Les chaînes de montagnes vont se construire dans ces zones de compression. Ce modèle est conceptuel, car Holmes n'avait pas les données pour l'appuyer. Sa proposition se heurta à la communauté des géophysiciens, avec, en tête, Sir Harold Jeffreys, scientifique britannique omnipuissant à l'époque. "On avait démontré que l'idée de Wegener était fausse: inutile d'y revenir!" En rétrospective, le modèle de Holmes constituait l'embryon de la théorie de la tectonique des plaques, mais il faudra attendre une bonne vingtaine d'années avant qu'on rassemble les données qui viendront conforter ce modèle

Au nom d’une rigueur scientifique sans faille, envisager alors qu’un milieu solide puisse se comporter comme un liquide est un non-sens physique. La théorie de la dérive des continents est rejetée par l’ensemble de la communauté scientifique de l’époque. Dérive des continents

B/ L’ apport de la sismologie dans la connaissance du modèle de la terre 34

FOYER EPICENTRE

3 sismographes enregistrent les vibrations dans les 3 directions de l'espace : un enregistre les mouvements verticaux et deux les mouvements horizontaux perpendiculaires. UTILISATION DES ONDES SISMIQUES POUR PRECISER LA SRUCTURE INTERNE DE LA TERRE

sin i 1 / v 1 = sin i 2 / v 2 ici i 2 <i 1 car v 2 <v 1