THEME i – b la tectonique des plaques : l’histoire d’un modele Depuis 1968 le modèle a été vérifié et affiné.

Des données nouvelles ont permis d’affiner la structure de la Terre.

Chapitre 7 : le modèle actuel de la tectonique des plaques

I / le decoupage en plaques

Un recensement précis des épicentres a permis de préciser les limites des plaques lithosphériques.

Le modèle actuel comprend 12 grandes plaques et quelques petites.

Ii / les donnees GPS et le mouvement des plaques lithospheriques

La position d’un point à la surface de la Terre est déterminée par sa longitude et sa latitude.

La longitude correspond à la mesure de l’angle formé par le point, le centre de la Terre et le méridien de Greenwich

La latitude correspond à la mesure de l’angle formé par le point, le centre de la Terre et l’Equateur au niveau du méridien du point.

La position d’un point à la surface de la Terre peut être déterminée à l’aide d’un GPS

Coordonnées de Bidart (Pays basque)

Le GPS (géopositionnement par satellite) utilise un réseau de satellites permettant de déterminer les coordonnées de la station réceptrice.

Satellite Station

Signal envoyé par le satellite Signal reçu Un deuxième signal indique le moment où le signal est émis ce qui permet de calculer le temps de parcours et donc la distance entre la station et le satellite.

Puis la position de la station réceptrice est déterminée par triangulation.

Utilisation de données GPS

Le site de la NASA donne les mesures effectuées. ftp://sideshow.jpl.nasa.gov/pub/usrs/mbh/point/

Date Variation en longitude Incertitude de la mesure

Traitement de ces données brutes dans un tableur (notamment changement des «.» en «,» et éventuellement suppression des colonnes inutiles.

A l’aide du tableur construction du graphique et affichage de la courbe de tendance de la forme y = ax + b

A quoi correspond a ?

‘a’ correspond à la vitesse de déplacement du point étudié. En longitude le déplacement est vers l’Est si ‘a’ est positif et vers l’Ouest si ‘a’ est négatif. En latitude le déplacement est vers le Nord si ‘a’ est positif et vers le Sud si ‘a’ est négatif.

+ Nord - + Ouest Est - Sud

Cela permet de déterminer le déplacement des différentes plaques et de confirmer ainsi le modèle de la tectonique des plaques qui prévoit leur déplacement.

Exemple : l’Islande est une île traversée par une limite de plaque.

Deux stations GPS ont été installées à Reykjavk et à Höfn

Etudions les résultats obtenus à la station de Höfn.

Interpréter ces résultats et précisez le mouvement observé à la station de Höfn

Cette station s’est déplacée vers l’Est de 13,4 mm/a et vers le Nord de 14,9 mm/a.

Résultats obtenus pour la station de Reykjavik.

La station de Reykjavik s’est déplacée vers l’Ouest de 9,5 mm/a et vers le Nord de 19,3 mm/a.

Déplacement de la plaque nord- américaine Déplacement de la plaque eurasiatique

Déplacement des deux stations étudiées

Les données GPS permettent de prouver et de préciser les différents mouvements des plaques lithosphériques.

Iii / le modele permet d’expliquer certaines observations

L’alignement des îles volcaniques

Dans l’océan pacifique on observe un alignement de volcans. Hawaï Dans l’océan pacifique on observe un alignement de volcans.

Ces volcans sont inactifs à l’exception du volcan hawaïen, le Kilauea. Leur période d’activité est de plus en plus ancienne en s’éloignant d’Hawaï

Comment expliquer cette particularité ?

Voir l’animation qui suit. La plaque pacifique s’est déplacée au-dessus d’une source de magma restée fixe. Voir l’animation qui suit.

Distance de Kilauea (km) Incertitude sur l'âge (Ma) Nom du volcan Age du volcan (Ma) Distance de Kilauea (km) Incertitude sur l'âge (Ma) Manua Kea 0,375 54 0,05 West Maui 1,32 221 0,4 Kauai 5,1 519 0,2 Nihoa 7,2 780 0,3 Necker 10,3 1058 La Perouse 12 1209 Laysan 19,9 1818 Midway 27,7 2432 0,6 Abbott 38,7 3280 0,9 Daikakuji 42,4 3493 2,3 Koko 48,1 3758 0,8 Jingu 55,4 4175 Nintoku 56,2 4452 Suiko (sud 59,6 4794 Suiko (central) 64,7 4860 1,1

A quoi correspond cette vitesse moyenne ? Calculer la vitesse moyenne entre le Kilauea et Midway. A quoi correspond cette vitesse moyenne ?

Cette vitesse correspond à la vitesse du déplacement de la plaque pacifique au-dessus d’une source fixe de magma (point chaud).

Que remarquez-vous sur le document suivant ?

Il y a un peu moins de 44 Ma la direction de l’alignement a changé. Que traduit ce changement ?

Le mouvement de la plaque pacifique a changé de direction.

Reconstituer le mouvement de la plaque pacifique au cours des 65 derniers millions d’années.

Entre 65 et 44 Ma la plaque a eu une direction pratiquement Nord et vers 44 millions d’années il y a eu une mofication du déplacement qui est devenu O-NO jusqu’à maintenant.

IV / LE MODELE A ETE AFFINE DANS LES ZONES DE DIVERGENCE ET DE CONVERGENCE

A / LES ZONES DE DIVERGENCE

Au niveau des dorsales on observe un flux de chaleur important. Quelle est son origine ?

L’axe de la dorsale est marquée par un volcanisme important. Emission de lave basaltique dans l’axe de la dorsale L’axe de la dorsale est marquée par un volcanisme important. Quelle est l’origine de ce magma ?

Péridotites asthénosphériques Eléments (% massique) Péridotites asthénosphériques Basalte océanique Noyau Si 20,1 22,4 - Al 1,7 7,6 Fe 2,1 8,6 74,5 Mg 7,2 Ca 5,9 7,7 Na 0,2 1,6 K 0,1 0,4 O 47,5 44,5 21 Ni 4,5 Quelle peut être l’origine du magma basaltique ?

La composition du magma basaltique est très proche de celle des péridotites asthénosphériques.

Mais la composition n’est pas exactement la même, donc la fusion n’a pas été totale.

Dans quelles conditions se réalise cette fusion ? Le magma des dorsales résulte de la fusion partielle des péridotites asthénosphériques . Dans quelles conditions se réalise cette fusion ?

L’enclume à diamant permet d’étudier les conditions de température et de pression nécessaires à la fusion des péridotites.

Diagramme Température/Pression de la fusion expérimentale des péridotites asthénosphériques.

A combien peut-on estimer le taux de fusion partielle ?

Le taux de fusion partielle est d’environ 15%. Où la fusion se produit-elle ?

Il faut atteindre plus de 1 200 °C en profondeur pour que débute la fusion partielle des péridotites. Où trouve-t-on, au niveau des dorsales, les conditions nécessaires à la fusion partielle des péridotites ?

Le géotherme sous la dorsale

Sous la dorsale océanique, le géotherme croise le solidus entre 20 et 80 km de profondeur. C’est là que se produit la fusion partielle des péridotites de l’asthénosphère. Comment les péridotites asthénosphériques sont amenées dans ces conditions de température et de pression ?

Quels phénomènes observent-on dans les zones de divergence ?

Noter la présence de failles normales et de sédiments anté et syn- rift. L’expansion entraîne un amincissement de la lithosphère et une remontée de l’asthénosphère.

Les péridotites asthénosphériques subissent une baisse de pression liée à la remontée de l’asthénosphère sans baisse de température (décompression adiabatique) ce qui provoque alors la fusion partielle de ces péridotites.

La fraction liquide constitue des gouttelettes de magma qui remontent vers la surface par différence de densité et se rassemblent dans un réservoir magmatique.

En se refroidissant elle donnera du gabbro en profondeur (refroidissement lent) et du basalte en surface (refroidissement rapide).

Ce sont les péridotites lithosphériques. La partie solide forme les péridotites résiduelles appauvries du manteau. Ce sont les péridotites lithosphériques.

La formation de la lithosphère océanique au niveau des dorsales est appelée l’accrétion océanique.

La formation de la lithosphère océanique Sédiments Chambre magmatique Basalte Cristallisation Fractionnée Gabbro Isotherme 1300°C Moho Péridotites lithosphériques Fusion Partielle Péridotites asthénosphériques

Sachant que la teneur d’un élément chimique dans la péridotite asthénosphérique se répartit dans la partie fondue (le magma à l’origine du basalte) et dans la partie restée solide et qui forme les péridotites résiduelles, comment estimer le taux de fusion partielle des péridotites.

Péridotites asthénosphériques Péridotites résiduelles Eléments chimiques Mg Al Péridotites asthénosphériques 24,8 1,9 Basalte océanique 3,9 8,3 Péridotites résiduelles 29,8 0,3 Déterminer le taux de fusion avec les données ci-dessus.

Si la fusion est totale : [AL] Péridotitesini = [Al] basalte x 1 + [Al] Peridotitesrés x 0 Si la fusion est nulle : [AL] Péridotitesini = [Al] basalte x 0 + [Al] Peridotitesrés x 1

[AL] asthénosphère = [Al] basalte x f + [Al] lithosphère x (1 – f) Avec f = taux de fusion partielle 1,9 = 8,3 x f + 0,3 x (1 – f) 1,9 = (8,3 - 0,3) x f + 0,3 f = (1,9 – 0,3) / (8,3 - 0,3) f = 0,20 f = 20 %

B / LES ZONES DE CONVERGENCE

Répartition des foyers dans une zone de subduction Comment interpréter la répartition des foyers ?

Schéma interprétatif

La présence de foyers à grande profondeur traduit la présence de matériel rigide au milieu de l’asthénosphère ductile. Ce matériel rigide correspond à la plaque lithosphérique océanique qui plonge dans l’asthénosphère.

La tomographie sismique compare les temps d’arrivée des ondes sismiques aux temps théoriques calculés sur un modèle établi à partir d’un grand nombre de relevés.

Sachant qu’une augmentation de température rend les roches moins rigides et qu’une baisse de la rigidité entraîne une diminution de la vitesse des ondes sismiques, que traduit un retard dans l’arrivée des ondes sismiques ?

Un retard dans l’arrivée des ondes sismiques traduit une anomalie chaude alors qu’une vitesse augmentée traduit une anomalie froide.

Quels renseignements apporte le document ci-dessus ?

La tomographie sismique montre que dans les zones de subduction de la matière froide se trouve à grande profondeur. Ce qui confirme l’enfoncement de la lithosphère océanique plus froide dans l’asthénosphère.

Cette matière froide correspond à la lithosphère océanique qui s’enfonce dans l’asthénosphère.

C / COUPLAGE ACCRETION / SUBDUCTION

L’accrétion océanique et la subduction sont couplées.

Au niveau d’une dorsale se met en place une lithosphère océanique nouvelle qui disparaît au niveau des zones de subduction.

Couplage accrétion/subduction