Thème 1   : La terre dans l'univers, la vie et l'évolution du vivant

La Tectonique des plaques,histoire d'un modèle.

Au début du XXème siècle, les scientifiques considèrent que les continents occupent une position fixe à la surface de la Terre. Dans les années 1910, cette conception « fixiste » est remise en cause.I/ La théorie de la dérive des continents

En 1912, Alfred Wegener émet l’hypothèse d’une mobilité horizontale des continents. Il se fonde sur plusieurs observations :

-le répartition bimodale des altitudes à la surface de la Terre suggère un contraste océans-continents : les continents seraient faits d'un matériaux léger (le « SIAL ») et le fond des océans d'un matériau dense (le « SIMA », sur lequel flotterait le « SIAL »)

-le tracé des côtes de l'Afrique et de l'Amérique du sud est complémentaire.-la similarité sur ces deux continents de fossiles et de vestiges d'une calotte

glaciaire âgés de plus de 200 millions d'années.Ces arguments conduisent A. Wegener à proposer que des continents

aujourd'hui séparés par des océans étaient jadis regroupés en un supercontinent qui s'est fracturé, individualisant des blocs continentaux ayant dérivé jusqu'à leur position actuelle : c'est la théorie de la dérive des continents.

Cette théorie est très débattue. Vers 1930, elle finit par être rejetée car Wegener ne propose pas le mécanisme capable d’expliquer le déplacement horizontal des continents alors que, comme l’ont montré les études sismiques, la quasi-totalité de la Terre est à l’état solide.

II/ Le contraste océans-continentsDès 1909, il est établit que l’enveloppe la plus superficielle de la Terre, qualifié

de croûte, repose sur le manteau, constitué de péridotites. La croûte est la partie supérieure du manteau formant la lithosphère.

Au début des années 1950, de nouvelles méthodes d'exploration des océans voient le jour Parmi elles, la sismique réfraction permet de connaître la vitesse de propagation des ondes sismiques dans les roches de la croûte océanique et de faire ainsi des hypothèses sur la nature des roches traversée par les ondes. Ces données sismiques suggèrent que la croûte océanique est constituée essentiellement de basaltes et de gabbros, deux roches magmatiques peu présentes dans la croûte continentale. Cette dernière est composée d’une grande diversité de roches, dont le granite.

Il existe deux lithosphères distinctes : la lithosphère océanique et la lithosphère continentale. Le contraste géologique entre les océans et les continents invoqué par Wegener se trouve ainsi confirmé.

III/ Le cours en image

De la dérive des continents à l’expansion océaniqueAu tournant des années 1950-1960, plusieurs observations réactualisent

l’hypothèse d’une mobilité horizontale des continents.

IV/ L’hypothèse de l’expansion océanique

A la fin des années 1950, les scientifiques disposent de nombreuses données concernant les fonds océaniques :

-les océans sont parcourus par de vastes reliefs : les dorsales.-les océans sont, en de nombreuses régions, bordés par de profondes fosses

océaniques.-les dorsales sont le siège d’une importante dissipation du flux géothermique.Ces données conduisent à proposer, en 1962, que la croûte océanique est

formée en permanence au niveau des dorsales suite à une remontée de matériel chaud à l’état solide provenant du manteau (mvt de convection). Elle s’écarte ensuite de la dorsale, tel un double tapis roulant : c’est l’hypothèse de l’expansion océanique.

En 1963, cette hypothèse est validée grâce à l’étude des bandes d’anomalies magnétiques de part est d’autre des dorsales. En corrélant ces anomalies avec la chronologie des inversions périodiques du champ magnétique terrestre au cours du temps, on peut en conclure que la croute océanique est d’autant plus âgée qu’elle est éloignée de la dorsale. Les anomalies magnétiques permettent de calculer des vitesses d’expansion océanique.

V/ La distinction entre lithosphère et asthénosphère

Depuis les années 40, les géologues savaient que les foyers sismiques au niveau des fosses océaniques étaient localisés selon un plan incliné (plan de Wadati-Benioff). En 1914, on constate que les ondes sismiques se propagent plis rapidement le long de ce plan que dans le manteau qui l’entoure.

En 1967, ces données sont interprétées en considérant que le plan incliné correspond à un lambeau de matériel froid et rigide s’enfonçant dans le manteau. Ce matériel, constitué de la croute océanique et de la partie superficielle du manteau, est la lithosphère. Au niveau des fosses océaniques, la lithosphère océanique s’enfonce dans l’asthénosphère, plus chaude et plus déformable. Ce phénomène est qualifié de subduction.

VI/ Le cours en image (suite)

Le modèle actuel de la tectonique des plaquesVII/ Un premier modèle

A la fin des années 1960, les géologues intègrent les différents types de mouvements horizontaux de la lithosphère dans un modèle global : celui de la tectonique des plaques.

Dans le modèle de la tectonique des plaques, la lithosphère est découpée en plaques rigides qui sont en rotation à la surface du globe.

Les frontières entre ces plaques sont de trois types :- Frontières divergentes au niveau des dorsales ;- Frontières convergentes au niveau des zones de subduction ;- Frontières décrochantes au niveau des failles transformantes.

VIII/ Le renforcement du modèle

Dans les années 1970, des campagnes de forages sous-marins montrent que l’âge des sédiments augmente avec la distance à la dorsale, en accord avec les prévisions du modèle de la tectonique des plaques.

A la même époque, le modèle fournit une explication aux alignements de volcans observés au sein des plaques. Ils sont dus au passage d’une plaque au-dessus d’une source de magma supposée fixe : le point chaud.

Toutes ces données renforcent le modèle de la tectonique des plaques.

IX/ La confirmation et l’évolution du modèle

A partir des années 1990, le développement des techniques de positionnement par satellites (GPS) permet de mesurer les vitesses de déplacement instantané des plaques lithosphériques. Les mouvements des plaques prévus par le modèle se trouvent ainsi directement observés et confirmés.

Des données acquises récemment, notamment par tomographie sismique, permettent de mieux comprendre la dynamique lithosphérique associée au modèle de la tectonique des plaques :

- La lithosphère océanique est formée au niveau des dorsales par la fusion partielle des roches du manteau asthénosphérique (les péridotites) ;

- La lithosphère océanique âgée disparait au niveau des zones de subduction, où elle est incorporée dans le manteau.

Aujourd’hui, le modèle de la tectonique des plaques fait consensus dans la communauté scientifique grâce à sa puissance explicative et à l’accumulation de preuves en sa faveur.

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