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T1 : La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant
T1/U1 : La tectonique des plaques : l’histoire d’un modèle
Ch3 : Le modèle actuel de la mobilité des plaques
lithosphériques : la tectonique des plaques
I. Présentation du modèle
A. Des observations structurant le modèle
Dans les années 60, de grands cassures décalant l’axe des dorsales océaniques sont baptisées failles
transformantes. Elles présentent une activité sismique importante traduisant un mouvement de
coulissage entre deux plaques. L'observation de ces failles transformantes permet aussi de contraindre
la géométrie des déplacements, puisque ce sont des petits cercles centrés sur un pôle. Il est ainsi
possible de proposer un modèle géométrique de déplacement de plaques rigides
Ainsi les plaques sont animées d'un mouvement de rotation sur une surface sphérique autour d’un axe
recoupant la surface de la Terre au niveau d’un pôle dit eulérien de rotation. Ce modèle est renforcé par
des travaux permettant de décrire les différents mouvements relatifs des plaques les unes par rapport
aux autres à savoir:
o La divergence (deux plaques qui s’éloignent l’une de l’autre) observée au niveau des dorsales
o La convergence (deux plaques se rapprochent l’une de l’autre) observée au niveau des zones de
subduction
o Le coulissage (ou décrochement) (deux plaques glissent l’une contre l’autre) observés au niveau
des failles transformantes
La présence des points chauds est mise en évidence par l'existence d'ensembles volcaniques
caractéristiques. On observe ainsi des alignements situés en domaine océanique ou continental dont
la position ne correspond pas à des frontières de plaques. Ces alignements sont liés à des
manifestations ponctuelles de la convection. Ils s’expliquent comme la trace du déplacement de
plaques lithosphériques au dessus d’un point chaud fixe, en première approximation, dans le
manteau.
B. Le modèle de la tectonique des plaques
La tectonique des plaques est une théorie scientifique planétaire unificatrice qui propose que les
déformations de la lithosphère sont reliées aux forces internes de la terre et que ces déformations se
traduisent par le découpage de la lithosphère en un certain nombre de plaques rigides qui bougent les
unes par rapport aux autres en glissant sur l'asthénosphère. 14 plaques lithosphériques sont distinguées
par le modèle. Le mouvement de ces plaques sur le globe peut être décrit comme une suite de rotations
autour d'un ou de plusieurs axes eulériens. Ces mouvements des plaques sont l'expression en surface de
la convection qui se déroule dans le manteau terrestre.
II. Prédictivité du modèle
A. Ages de la croute océanique
Le modèle de la tectonique des plaques prévoit que la croûte océanique est d’autant plus vieille qu’on
s’éloigne de la dorsale. Des méthodes de datation fondées sur la magnétisme confirment cette prévision.
Les âges des sédiments en contact avec le plancher océanique possèdent des âges équivalents à celui-ci.
Les mesures effectuées grâce au programme de forages sous-marins JOIDES (Joint Oceanographic
Institutions for Deep Earth Sampling) corroborent les âges déterminés et les vitesses prévues par le
modèle de la tectonique des plaques.Une méthode indirecte de datation de la croute océanique
consistant à estimer l’épaisseur des sédiments obtient des résultats concordants
B. Vitesse de déplacement des plaques lithosphériques
Le modèle de la tectonique des plaques prévoit des vitesses de déplacements des plaques en s’appuyant
sur le paléomagnétisme et les alignements des volcans issus des points chauds. Avec l’utilisation des
techniques de positionnement par satellites (GPS), à la fin du XXème siècle, les mouvements des plaques
deviennent directement observables
III. Vers de nouveaux développements du modèle
A. Divergence et formation de la lithosphère océanique
En permanence, de la lithosphère océanique est détruite dans les zones de subduction et produite dans
les dorsales. La divergence des plaques de part et d’autre de la dorsale permet la mise en place d’une
lithosphère nouvelle à partir de matériaux d’origine mantélique. Les zones de divergence intéressent
aussi bien les zones continentales que les zones océaniques. Ces zones possèdent une structure
caractéristique :
o
o
o
présence d’une vallée
bordure de la vallée en escalier (graben)
présences de failles normales, marqueurs de l’extension
Les données de forage et de dragage ont permis d’établir le log du plancher océanique.
Celui ci est composé :
o d’une couche de sédiment
o d'une couche de basaltes, la zone la plus superficielle étant constitué de pillow-lavas
o la couche suivante est formée de gabbro, avec quelques filons de basalte
o la dernière couche est formée de péridotite
La genèse des roches océaniques se déroulent donc au sein de la dorsale. L’étude de ces régions révèle
une région particulière : la chambre magmatique. C’est dans cette chambre qu’est injecté la lave
résultant de la fusion des matériaux profonds venant du manteau. Cette chambre est en relation avec la
surface de la dorsale, ainsi les laves sont émises à la surface et produisent les matériaux les plus
superficielles de la croûte océanique.
L’étude des courbes liquidus/solidus de la péridotite permet de noter un fait : en condition normale, du
fait de leur profondeur, ces roches constituant le manteau restent à l’état solide. Cependant le contexte
d’extension induit une remontée des matériaux profonds, remontée qui se produit sans perte de chaleur,
on parle de décompression adiabatique, ceci permet la fusion partielle de la péridotite.
Soit le liquide est émise à la surface, la lave rencontre l’eau, le refroidissement est rapide, il y a formation
de basalte (structure microlitique). Soit le liquide est dans la chambre magmatique, le temps de
refroidissement est plus important, car la température est plus élevé, il y a formation de gabbro. Cette
lithosphère océanique produite au niveau de la dorsale va s’en éloigner du fait du mouvement
d’extension
B. Convergence et disparition de la lithosphère océanique
Les zones de subduction sont des zones dites active, elles sont caractérisées par des manifestations
géologiques :
o Une activité volcanique importante
o Une sismicité importante
o Une répartition anormale des flux de chaleurs
La répartition particulière des séismes dans
cette région permet la visualisation
o Des limites de plaques
o De la subduction (plan de
Wadati Bénioff)
Par ailleurs les foyers maximum des séismes sont de 700 Km ce qui se traduit par la fin de la plaque de
subduction, au delà la plaque est recyclé au niveau du manteau
La subduction constitue l’un des moteurs principaux de la tectonique des plaques. Le moteur de cette
subduction est lié à la différence de densité. En effet la densité d’une plaque océanique n’est pas
constante, elle est directement liée à la température de la plaque. La température de la plaque diminue
au fur et à mesure que la plaque s’éloigne de la source lui ayant donnée naissance à savoir la dorsale.
Plus une plaque s’éloigne de la dorsale, plus elle est lourde donc plus elle s’enfonce. L’augmentation de
densité liée à l’éloignement est aussi un reflet du vieillissement de la plaque. Généralement au-delà de
50 Ma, la densité de la croûte océanique est supérieur à celle de l’asthénosphère et donc elle commence
à s’enfoncer. C’est le refroidissement est lui seul qui est le moteur de la subduction