THEME i – b la tectonique des plaques : l’histoire d’un modele Les grandes lignes de ce modèle ont été présentées au collège. Comment ce modèle a été construit ?

Le modèle de la structure externe de la Terre est passée d’une conception où les continents sont fixes (début du XXème siècle) à un modèle formé de plaques mobiles (au cours des années 1960).

CHAPITRE 5 LA MOBILITE DES CONTINENTS : LA NAISSANCE DE L’IDEE

I / avant le modele de la tectonique des plaques

Jusqu’au début du XXème siècle on pensait que les continents étaient restés fixes depuis la formation de la Terre.

Le refroidissement de la Terre provoque sa contraction, sa surface se plisse créant : des «creux» (les océans) et des «bosses» (les montagnes).

C’est le modèle du pruneau !!!!

L’idée de déplacements verticaux des continents était donc admise. Un enfoncement donne les océans et un soulèvement donne des chaînes de montagnes.

Abandon de ce modèle à la fin du XIXème siècle avec la découverte de la radioactivité qui produit de la chaleur et met à mal le modèle basé sur le refroidissement.

Ii / mobilite horizontale des continents

Au début du XXème un météorologue allemand Alfred WEGENER a rassemblé un certain nombre d’observations qui lui ont permis de proposer un modèle où les continents étaient mobiles horizontalement : la dérive des continents.

Alfred WEGENER (1880-1930)

La première observation concerne la distribution des altitudes à la surface de la Terre.

Interpréter cette distribution comme l’a fait Alfred WEGENER.

Selon le modèle basé sur le refroidissement et la contraction de la Terre la distribution des altitudes devrait ressembler à une courbe gaussienne.

Ici ce n’est pas le cas. La répartition des altitudes montre une distribution bimodale, les deux modes (pics de fréquence) étant 4-5 km de profondeur (océans) et 0-1 km d'altitude (continents).

Le modèle proposé par WEGENER est constitué par des blocs de roches rigides (SIAL) qui forment les continents « flottant » sur une substance dont la densité est plus grande et la viscosité plus faible (SIMA).

Un déplacement horizontal des continents était donc possible. Il restait à le prouver !!

Répartition actuelle des continents.

WEGENER a mis en évidence un certain nombre de similitudes entre des continents aujourd’hui séparés.

La répartition des espèces fossiles a interpelé WEGENER.

Quel problème soulève cette répartition ?

On retrouve les fossiles d’individus appartenant à la même espèce à des latitudes très différentes. Par exemple Lystrosaurus présent aussi bien à l’Equateur que près du pôle Sud et séparé par des milliers de km par l’océan. Il n’y a qu’une espèce capable de faire cela. L’Homme

Quelle explication WEGENER a proposée ?

Les continents aujourd’hui séparés devaient être jointifs. La complémentarité des lignes de rivage permet l’assemblage des continents.

Wegener a trouvé d’autres similitudes.

Les structures géologiques montrent une continuité de part et d’autre de l’océan Atlantique.

Situation actuelle.

Solution apportée par WEGENER pour l’Atlantique Nord Solution apportée par WEGENER pour l’atlantique Sud.

En quoi la localisation des traces glaciaires datant de 250 millions d’années pose problème ?

Certaines de ces traces glaciaires sont situées actuellement dans la zone intertropicale.

Pour WEGENER les continents rigides dériveraient sur les roches sous jacentes plus fluides.

Un peu comme les icebergs dérivant à la surface de l’océan.

Cette dérive des continents nécessite des forces énormes pour vaincre les frottements engendrés. Wegener a proposé quelques forces.

La force centrifuge (liée à la rotation de la Terre) provoquerait une dérive des continents vers l‘Equateur et l'action combinée de la rotation de la Terre et des forces de marée entraînerait une dérive des continents vers l'ouest.

Les forces proposées par Wegener

Les arguments de Wegener n’ont pas convaincu la communauté scientifique de l’époque car les forces proposées étaient bien trop faibles pour déplacer des continents au vu des connaissances acquises à cette époque sur la structure interne de la Terre

III / la structure interne de la terre au debut du Xxème siecle

Au début du XXème siècle les apports de la sismologie ont apporté des informations sur la structure interne de la Terre car les ondes sismiques sont capables de se déplacer dans les profondeurs de la Terre.

Deux types d’ondes sismiques sont capables de se propager dans les profondeurs de la Terre, les ondes P et les ondes S

Les ondes P sont des ondes de compression et se propagent dans les milieux solides et les milieux liquides.

Les ondes S sont des ondes de cisaillement Les ondes S sont des ondes de cisaillement. Elles ne se propagent que dans les milieux solides.

Comme toutes les ondes, les ondes sismiques subissent des réflexions et des réfractions lorsqu’elles rencontrent une discontinuité.

Les ondes sismiques peuvent être enregistrées par des sismomètres.

Dans une station trois sismomètres sont utilisés Dans une station trois sismomètres sont utilisés. Un pour chaque direction (hauteur, Nord-Sud, Est-Ouest).

Sismogramme et les deux types d’ondes Sismogramme et les deux types d’ondes. Quelles sont les ondes les plus rapides ? Les ondes P.

Exploitation de sismogrammes.

Les sismogrammes étudiés par Andrija Mohorovičić.

TP : les apports de la sismologie sur la structure interne de la Terre.

Etude des ondes sismiques avec les moyens actuels.

Sismogramme enregistré à la station OG02Savoie (France) le 19/01/1991

A partir d’un grand nombre d’enregistrements la vitesse moyenne de propagation des ondes P a été estimée à 6,25 km/s.

Ondes PMP Un train d’ondes apparaît entre les ondes P et les ondes S. Savoie (France) le 19/01/1991

Ces ondes PMP correspondent à des ondes P qui ont emprunté un trajet plus long. Elles ont été réfléchies par une discontinuité.

Il faut déterminer la profondeur de cette discontinuité.

Un peu de géométrie

Quelle est la formule permettant de calculer H en fonction de h, V, t et .

H= 1 2 h+ V.δt+ h²+∆² ²−∆² Les passionnés de mathématiques peuvent chercher à retrouver cette égalité.

Il faut déterminer la distance épicentrale, connaissant les coordonnées (longitude et latitude) de l’épicentre et de la station sismique (OG02).

Voir document

Dans notre exemple : V = 6,25 km/s  = 63,7 km t = 2,96 s h = 11 km

Donc H = 32,2 km

Cette discontinuité correspond à la limite entre la croûte et le manteau. Mise en évidence par Andrija Mohorovičić elle est appelée Moho.

La croûte continentale est plus épaisse que la croûte océanique. 7 à 12 km 30 à 70 km La croûte continentale est plus épaisse que la croûte océanique.

Les roches du manteau sont elles suffisamment fluides pour permettre le déplacement des continents ?

A la surface de la Terre un réseau de sismomètre enregistre les ondes sismiques produites au cours d’un séisme.

Le réseau français géoscope

Stations RESIF dans le sud-ouest.

Pour un séisme donné, les stations situées aux antipodes de l’épicentre n’enregistrent pas d’ondes S.

Zone d’ombre où les ondes S n’arrivent pas.

Comment expliquer cette zone d’ombre ?

Les ondes S ne se propagent pas dans les liquides. Donc la zone d’ombre révèle la présence d’une zone liquide en profondeur qui pourrait permettre la mobilité des continents. Mais à quelle profondeur ?

Les ondes S ne se propagent pas dans les liquides. Donc la zone d’ombre révèle la présence d’une zone liquide en profondeur qui pourrait permettre la mobilité des continents. 2 900 km 6 400 km

La Terre est donc à l’état solide sur une épaisseur de plus de 2 900 km. Au-delà la partie liquide constitue le noyau.

Les roches sont rigides sur plus de 2 900 km d’épaisseur donc le modèle de Wegener (la dérive des continents) n’est pas acceptable.