Chapitre 12 : La lithosphère et la tectonique des plaques

CHAPITRE12LALITHOSPHREETLATECTONIQUEDESPLAQUES1Organisationdelapartieexterne:leslithosphresocaniqueetcontinentaleLalithosphreestconstituedelacrouteetdelapartiesuprieuredumanteau.CesdeuxenveloppesrocheusestantsparesparladiscontinuitdeMohorovicic.Lalimiteinfrieurdelalithosphre,c'estdirelalimiteentrelemanteausuprieurrigide(cassant)etlemanteausuprieurductile,estsituvers1200C.Cettetempraturecorrespondlatempraturedefusiondel'olivineunminralconstitutifdelapridotite.Laprofondeurdecettelimiteestdoncvariable,prochede0kmauniveaudel'axedesdorsalesocaniquesjusqu'plusde300Kmsouslesvieuxcontinents.

Latransitionentrelalithosphreetl'asthnosphre,secaractriseparunediminutiondelavitessedesondessismiques,duelaprsencedematrielpartiellementfondu,etpermetdedfinirlaZMV(ouLVZ)pourZoneMoindreVitesse(ouLowVelocityZone).Deuxtypesdelithosphresontidentifiables:

Lalithosphrecontinentaleconstituedelacroutecontinentaleetdumanteausuprieur

Lalithosphreocaniqueconstituedelacrouteocaniqueetdumanteausuprieur.

2Lalithosphreestdcoupeenplaquesdedimensionsetdecompositionsvariables

Larpartitiondessismeslasurfacedugloben'estpashomogne.Lacartecidessusindiquel'emplacementdufoyerdessismesdemagnitude5etdeprofondeurvariable(jaune:seimessuperficiels,rouge:sismesintermdiaires,noir:sismesprofonds).Leurrpartitionselocaliseauniveaudebandestroites,principalementlafrontiredescontinentsauniveaudeschainesdemontagnesainsiqu'auniveaudesdorsalesetfossesocaniques.

LacartecidessusindiquelarpartitiondesprincipauxdificesvolcaniqueslasurfacedelaTerre.Delongueschainesd'alignementvolcaniquessontlocalisesauniveaudelaceinturepripacifique("ceinturedefeu")etcorrespondentauxprincipalesfossesdesubduction(associesdesfossesocaniques).

Lacorrespondanceentrelalocalisationdessismesetdesdificesvolcaniquesestmiseenvidenceparcettecarte.Lesprincipauxdificesvolcaniquesl'exceptiondesvolcansaumilieudescontinentssemblentcorrespondentdeszonesdefortesactivitssismiques.

Lessismesetlesvolcansnesontpasrpartiesdemanirehomognelasurfaceduglobe:ilssontconcentrssurdesbandestroitesettrslongues.Danscesbandes,lesdformationssontimportantes,alorsqu'ailleurs,ilyatrspeudedformations.Cesbandesdlimitentdescalottessphriquesrigidesetpeudformesl'exceptiondeleursfrontires:lesplaqueslithosphriques.

Cesplaqueslithosphriquessontrigidesetontuncomportantcassantloellessontsoumisesdescontraintes.Ellessontaunombrede16.

Lesplaqueslithosphriquespeuventtreentirementocaniques(plaquePacifiqueparexemple),ouentirementcontinentale(plaqueturqueparexemple)oumixtes(plaqueeurasiatiqueparexemple).

Lescourbehypsomtrique(relevdesreliespositifsetngatifs)cumulemontreunerpartitionbimodaledesaltitudescorrespondantsauxdeuxtypesdecroutesetdoncaudeuxtypesdelithosphres.Lalithosphrealtitudepositivecorrespondlalithosphrecontinentale

Lalithosphrealtitudengativecorrespondlalithosphreocanique,partirdutaluscontinentaleseulement.

3Lamobilithorizontaledelalithosphre:laThoriedelatectoniquedesplaquesJusqu'lafindu19mesicle,aucungologueougophysicienneremettaitenquestionledogmedelaconstanceetdelafixitdesairescontinentalesetocaniques.L'Afriqueavaittoujourstdanssapositionactuelle;leSaharaavaittoujourstundserttraversparletropiqueduCancer.L'ocanAtlantiqueavaittoujourssparlesAmriquesdel'Europeetdel'Afrique.CettevisionfixisteadominlesSciencesdelaTerrependantdessicles.Pourtantuncertainnombred'observationscorrespondaientmallathoriefixiste:desformationsgologiquestoutfaitidentiquespouvaienttreobservessurdescontinentsaujourd'huisparspardesmilliersdekilomtres;desrochesanciennes,dposetrshautelatitudepardescalottesglaciaires,seretrouvaientaujourd'huidanslabandeintertropicale.Commentexpliquercestrangesobservations? 31Deladrivedescontinentsd'AlfredWegener(1912).UnesuccessiongologiqueprsenteenIndecentrale,s'talantsurlapriodede370Ma175Maetprsentantunesuccessioncaractristique(facisglaciaire,charbons,dpotsdesel,rochesclastiquesrouges,basaltes,..)atretrouveenAfriqueduSud,enAustralie,enAmriqueduSudetplustardenAntarctique.Orcommentexpliquerquecettesuccesionsoitprsentesurdescontinentssparsactuellementdeplusieursmiliersdekilomtres?Wegeners'appuyasurlestravauxdel'autrichienEduardSuessquiavaitsuggrerquelorsdudptdecettesquencel'ensembledescontinentstaientrassemblsenunsupercontinentleGondwanaetquelespartiesmanquantes(expliquantl'loignementactuelledescontinents)s'taientenfoncesdanslesocans.Wegenerallaplusloinenexpliquantquelacroutecontinentaledeplusfaibledensitquelacrouteoceanique(2,9)nepouvaitpass'treenfoncedanscelleci.Aprsledptdela"squencegondwanienne"lescontinentsontdrivsversleurpositionactuelle.C'estainsiqu'estneladrivedescontinents.

PourcelaWegeners'appuyasur3typesd'observations:

Lacomplmentaritdutracdesctesorientaled'Afriqueetorientaled'AmriqueduSudainsiqueladispositiondesensemblesderochesd'gessuperieursouinferieurs2000Ma

Larpartitiondecertainesfaunesetflores.LesfossilesdeMesosaurusnesontconnusquedans

despartiessuddel'AmriqueduSudetdel'Afrique.Cetterpartitiongographiquesecomprendmieuxsil'onadmetquecesdeuxcontinentstaientreuniscettepoque.

Situationactuelledescontinentsetrpartitionsdesfossilesdereptilesetdevgtaux

LasolutiondeWegener

Larpartitiondessquencesglaciairesd'gepermocarbonifre(360245MA).CellescionttidentifiessurlescinqcontinentsissusdelafragmentationduGondwana.Aujourd'hui,enInde,ellessesituentsousleTropiqueduCancer;enAmriqueduSud,sousletropiqueduCapricorne;etenAfrique,entreletropiqueduCapricorneetl'quateur.

SelonWegener,lapartiesuprieureduglobeestformed'unecouchecontinue,SIMA(Silice+magnsium),quiconstituait,entreautres,lacroteocanique.LacrotecontinentaleouSIAL(Silice+Aluminium)drivaitouglissaitsurleSIMA.

32AladrivedesplaqueslithosphriquesdeHarryHess(1962)Durantlasecondeguerremondiale,l'importancedeladtectiondessousmarinsabeaucoupfaitprogressernotreconnaissancedesfondsocaniques.Enparticulier,onadcouvertunreliefaccentu,avecdevritableschainesdemontagnessousmarines,lesdorsalesocaniques,etdeprofondesdpressions,lesfossesocaniques.Recoupantd'autresobservationssurl'existencedecellulesdeconvectiondanslemanteau,HarryHessrunitdansuneseulehypothsetroistypesd'informationsapparemmentdisparates:

L'existenceauniveaudesgrandesfossesocaniquesbordantlesarcsinsulairesd'uneimportanteanomaliengativedepesanteurqu'ilinterprtecommelamanifestationdelabranchedescendanted'uncourantdeconvection.

Lefaitquelesdragagesocaniquesn'aientjamaisremontderochesoudesdimentsantrieursauMsozoque(ancienneairesecondaire25565Ma)

L'existencedesdorsalesmedioocaniquesqu'ilinterprtecommelamanifestationd'uncourantascendant,remontantdumatrielmantellique.SelonHessilyauraitdoncremontdematrielprofondchaudvenantformerlalithosphreocaniqueauniveaudesdorsales.Commelasuperficieduglobeterrestreresteconstante,unequantitdelithosphreocaniquegalecelleproduiteauxdorsalesdoitdisparatre.Leplancherocaniqueserpanddonclatralementcommeuntapisroulantjusqu'auxfossesocaniquesoils'enfoncedanslemanteau,constituantlaportiondescendantedescellulesdeconvection.Pourlapremirefois,nousvoyonsapparatreladualitd'unelithosphrecontinentaleprenneopposeunelithosphreocaniqueenperptuellerenouvellement.

Bienquecettethoriepermetted'abordersousunanglenouveaulagologieglobale,ellenedclenchapassonpoqueungrandenthousiasmedanslemondegologique.Denouvellespreuvesenfaveurdecettethorievontdevoiralorstreapportes

4LespreuvesdelaThoriedelatectoniquesdesplaquesparVineetMatthews(1963) 41Lemagntismefossileetladatationdessdimentsocaniquesviennentconfirmerl'expansiondesfondsocaniques ADfinitionetcaractristiquesduchampmagntiqueterrestre.Entoutpointduglobe,danslairousousterre,uneaiguilleaimantesorienteselonunedirectionbiendfinie:ilexistedoncunchampmagntiqueterrestre.Sadirectionestlongitudinale,cestdireparallleauxlongitudes,ceslignesimmatriellesquirelientlepleNordauplesud.LaTerresecomportecommeunaimantgigantesqueDanslanature,lechampmagntiqueterrestrepeuttreassimilceluiproduitparunbarreauaimantgantplacaucentredelaTerreet,prsentantdeuxplesmagntiques.Onappellediplelaxedecebarreau.DanslecasdelaTerre,ledipleformeunanglede11aveclaxederotationdelaTerre:lesplesmagntiquesnesontdoncpassuperpossauxplesgographiques,qui,eux,correspondentlaxederotationdelaTerre.(Coordonnesduplenordmagntique:75N101W;coordonnesduplesudmagntique:67s143E.Enconsquenceuneboussolenindiquepaslenordgographiquemaislenordmagntique.Certainsanimaux,enparticulierlesoiseauxmigrateursontdesrcepteurscontenantdelamagntite(oxydedefercomplexeFe3O4)quiagitcommeuncorpsmagntiqueetleurpermetdesorienteretderetrouverainsileurairedevie.LintensitdecechampestexprimeenTeslaousonsousmultiplelenannotesla(nT=109T).CechampestpositifdanslhmisphreNordoleslignesdechamprentrentdanslaTerre,ilestngatifdanslhmisphreSudoleslignesdechampensortent.LavaleurmoyenneactuelleenFrance:46000nTesla.Lhypothseactuellesurlorigineduchampmagntiqueestlasuivante:Lenoyauexterne,liquidemtalliqueseraitlesigeactueldecourantshydrodynamiquesengendrantdescourantslectriquesprovoquantleurtourunchampmagntique.

BLemagntismermanentdesrochesCertainesrochescontiennentdesminrauxferromagnsiensquisaimantentdansunchampmagntiqueetenconservelammoire.Silsagitderochesmagmatiques,laimantationsestfaitelorsdurefroidissementaudessousdunetempraturenommepointdeCurie(500700selonlesminraux),nettementinfrieurelatempraturedefusiondelaroche(900100C).Leplancherocaniqueestformdebasaltequisaimanteaumomentdeleurformationetconserventainsilammoireduchampmagntiqueterrestredumomentdeleurmiseenplace

Lesminrauxontfossilistouslescaractresduchampmagntique:intensit,dclinaisonetinclinaisonDepuisledbutdusicle,onsaitquelechampmagntiquesinversedesintervallesrguliersOndfinit:

despoquesnormales:priodependantlaquellelesensduchampestidentiqueausensactuel(uneboussoleindiquelenord)

despoquesinverses:priodependantlaquellelesensduchampmagntiqueestcontraireausensactuel(uneboussoleindiqueraitlesudcommeilya1Ma)

Unechellemagntostratigrap