PlaquesLa lithosphère (croûte + partie du manteau) est divisée en plaques qui se déplacent d’un seul tenant sur l’asthénosphère. Les séismes ayant surtout lieu à la jonction des plaques, la distribution des séismes permet de voir les frontières de ces plaques.

Image de la NASA :

http://denali.gsfc.nasa.gov/research/lowman/lowman.html

Les dorsalesLà où il y a des mouvements ascendants dans l’asthénosphère deux phénomènes collaborent à la création de nouvelle lithosphère de type océanique :

1.la «vieille» lithosphère est étirée et se fissure ;

2.la roche de l’asthénosphère fond un peu en approchant de la surface et le magma ainsi créé s’infiltre dans les fissures de la lithosphère.

Dans les océans, ces lieux où se construisent les plaques sont marqués par un bourrelet ou dorsale. Sur les continents, cela prend plutôt la forme d’un fossé d’effondrement ou rift jusqu’à ce qu’un océan étroit se forme et qu’une dorsale apparaisse. Il y a aussi un rift au sommet de certaines dorsales.

Cette création de lithosphère se fait au rythme moyen de quelques cm par année de part et d’autre du centre de la dorsale.

Image précédente et image illustrant la subduction (plus loin) basées sur des dessins en noir et blanc de Lynn Fichter :

http://csmres.jmu.edu/geollab/Fichter/Wilson/wilsncovr.2.PDF

L’Islande est une portion émergée de la dorsale de l’Atlantique Nord. Voici une fissure, un fossé, des fumeroles et un volcan liés au rift qui traverse le centre de l’Islande.

Zone de subduction• Pour équilibrer la création de lithosphère des dorsales, quand une plaque casse, un

côté se glisse sous (= subduction) l’autre et s’enfonce dans l’asthénosphère.

• Si la plaque descendante est océanique, le lieu de la subduction est marqué par une fosse profonde et par une série de volcans se trouvant au-dessus de la plaque descendante : la descente provoque en effet, vers 100 km de profondeur, la fusion d’un peu de roche et ce magma alimente les volcans.

• Ces volcans forment un arc volcanique qui suit la fosse ; cet arc prend la forme d’une série d’îles quand il se trouve dans l’océan et on parle d’arc insulaire. La plaque chevauchante fait office de grattoir et des lames de sédiments arrachés à la plaque descendante ainsi que des fragments de cette plaque s’accumulent pêle-mêle dans la fosse en donnant un prisme d’accrétion.

• La subduction provoque parfois une montée d’asthénosphère derrière l’arc volcanique, ce qui reproduit à petite échelle les conditions qui mènent à la formation d’une dorsale. Cette zone de création de lithosphère océanique se nomme bassin d’arrière-arc.

Fragment de plancher océanique et mélange chaotique de roches sédimentaires d’un ancien prisme d’accrétion (complexe Franciscan de Californie).

Le mont Saint Helens, de la côte Ouest américaine, fait partie de l’arc volcanique qui trahit la présence de la zone de subduction qui longe cette côte.

Un bassinOn appelle bassin toute région en dépression où se déposent les produits de l’érosion (les sédiments). Les bassins sous-marins sont les plus nombreux, mais il existe aussi des bassins au cœur des continents.

QuestionVoyez-vous une zone de subduction sur cette image 3D de la partie sud-ouest de l’océan Pacifique ? Si oui, quelle plaque plonge sous l’autre ? Comment le savez-vous ?

Réponse : Il y en a plusieurs qu’on identifie par la présence d’une fosse et d’un arc insulaire qui suit la fosse. La plaque plongeante se trouve du côté de la fosse où il n’y a pas d’îles. Les îles sont sur la plaque chevauchante.

plongeante

Source : http://ace.acadiau.ca/science/geol/rraeside/quizzes/worldmap3p.htm

Failles transformantes

Failles transformantes

• Pour qu’un mur de brique étiré puisse se fissurer, certaines briques doivent glisser les unes sur les autres. La fissure, si on la remplit de mortier au fur et à mesure, est l’équivalent d’une dorsale. Chaque glissement constitue une « faille transformante ».

• De même, des failles transformantes sont essentielles pour permettre la construction de la lithosphère aux dorsales et sa destruction dans les zones de subduction.

Fissure (dorsale)

Photo de R.E. Wallace du USGS :

http://pubs.usgs.gov/gip/earthq3/surface.html

Faille de San Andreas

Ruisseau décalé par le glissement

Image du USGS : http://earthquake.usgs.gov/bytopic/san_andreas.html

Dorsales

Failles transformantes

Cycle de WilsonUn océan, comme toute autre chose, a une durée de vie finie. Aux processus de création de lithosphère et d’ouverture d’un bassin océanique succèdent inévitablement, avec le vieillissement de la lithosphère, des processus de destruction et de fermeture du bassin océanique. La succession des différents stades de la vie d’un océan forme le cycle de Wilson. On peut observer aujourd’hui des océans qui se trouvent à chacun de ces stades.

Les dessins qui suivent sont de Lynn Fichter, déjà cité. Les photos sont de la NASA : http://daac.gsfc.nasa.gov/CAMPAIGN_DOCS/OCDST/Ethiopia.html et http://visibleearth.nasa.gov/

Éthiopie

Afrique

Arabie

Faille transformante du Jourdain

La mer Rouge

Image NOAA (U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration : http://oceanexplorer.noaa.gov/explorations/deepeast01/background/beneath/beneath.html

Islande

QuestionJuste avant l’ouverture de l’océan Atlantique, quelle région de la Terre était la voisine immédiate du Québec ?

Réponse : En refermant l’océan, on découvre que c’est le Maroc et la Mauritanie.

Mer du Japon = bassin d’arrière-arc

Volcan actif

Archipel du Japon = arc insulaire

Chaîne de montagnes de l’Himalaya

Plaque Europe-Asie

Plaque Inde-Australie

Une orogenèseQuand le déplacement et la collision des plaques lithosphériques crée un système montagneux, on appelle cet épisode et l’ensemble des évènements qu’il englobe une orogenèse. Pour désigner le système montagneux résultant, on parle d’un orogène.

Exemple : Nous verrons plus loin que 3 orogenèses ont contribué aux Appalaches. La deuxième est l’orogenèse acadienne vers -400 Ma, quand l’arc insulaire Avalonia a heurté l’Amérique du Nord de l’époque. L’orogène est constitué par des terrains qui s’étendent de la Caroline du Sud jusqu’à Terre-Neuve en passant par l’Acadie.

Avant l’orogenèse.

Source : voir plus loin

ÂgeCénozoïque, vie récente

Mésozoïque, vie moyenne

Paléozoïque, vieille vie

Protérozoïque, avant la vie

-65 Ma

-251 Ma

-542 Ma

-2500 Ma

-120 Ma, collines Montérégiennes

Archéen

-1000

-2000

Origine• Le Bouclier canadien regroupe toutes les

provinces de l’Archéen et du Protérozoïque. Il résulte de nombreuses collisions et déchirures (cycles de Wilson). Il est fait de roches magmatiques et sédimentaires fortement déformées et métamorphisées (transformées). L’orogenèse Grenville, la dernière, a donné des montagnes aussi hautes que celles de l’Himalaya, dont il ne reste que les racines usées, les Laurentides.

• La Plate-forme du Saint-Laurent est formée de roches sédimentaires déposées sur la marge de la province de Grenville lors de la fermeture de l’océan Iapetus.

• Les Appalaches sont formées de roches sédimentaires, volcaniques et plutoniques (un magma qui a cristallisé dans la croûte) mises en place lors de la fermeture de Iapetus. Elles sont faiblement à moyennement métamorphisées et fortement plissées et inclinées.

Roches métamorphiques des Laurentides

Roches sédimentaires de la Plate-forme

Roches plissées et inclinées des Appalaches

QuestionImaginez que l’Arabie, récemment séparée de l’Afrique, inverse son mouvement actuel et vienne heurter l’Afrique. La mer Rouge disparaîtrait, après une courte existence, et serait remplacée par une chaîne de montagnes faite des roches formées ou déposées dans la mer Rouge. On pense que cette histoire est celle d’une des provinces géologiques du Québec. Laquelle ?

Par sa forme et sa position entre deux provinces plus vieilles qu’elle, on peut penser à la Fosse du Labrador (aussi appelée Orogène du Nouveau-Québec).

La fermeture de l’océan IapetusPeu après l’orogenèse du Grenville le continent d’alors s’est déchiré et l’océan Iapetus a commencé à s’ouvrir. Cette série de cartes montre la fermeture de cet océan et la formation de la Plate-forme du Saint-Laurent et des Appalaches. Elles sont le travail du professeur Ron Blakey de l’université Northern Arizona : http://jan.ucc.nau.edu/~rcb7/nat.html. Retenez seulement l’idée que les océans naissent et meurent, et que c’est ainsi que le Québec a gagné toute ce qui est au sud des Laurentides.

Symboles :

Croûte continentale hors de l’eau (émergée)

Croûte continentale sous l’eau (submergée)

Croûte océanique

Lignes Logan et Baie Verte-Brompton

• Lors de la première phase de collision ayant formé les Appalaches une partie des roches sédimentaires marines qui s’étaient formées sur la marge de la province de Grenville sont restées en place (unité 1) et ont donné la Plate-forme du Saint-Laurent. L’autre partie (unité 2) a été froissée, déplacée et incorporée dans les Appalaches quand les roches de l’arc insulaire (unités 3, 4, 5 et des fragments de la croûte océanique) l’ont emboutie. La ligne Logan est la frontière qui sépare sur le terrain la Plate-forme de l’unité 2. La ligne Baie Verte (à Terre-Neuve)-Brompton sépare, elle, l’unité 2 des roches de l’arc insulaire (3, 4 et 5).

La ligne Logan est parfois bien discrète. Mais, dans la région de Québec, elle est marquée par une série de côtes abruptes parce que les terrains charriés de l’unité 2 dominent la Plate-forme du Saint-Laurent.

Vue de Québec depuis l’île d’Orléans

Appalaches (nappes de charriage)

Plate-forme Ligne Logan

Nappe de la Chaudière

QuestionDans la région de Granby, la ligne Logan est beaucoup plus discrète que dans la ville de Québec. Les roches de la photographie, qui appartiennent à l’unité 2, trahissent sa présence. Qu’ont-elles de particulier ?

Elles sont inclinées, ce qui montre qu’elles ont été bousculées.

Les montérégiennes• Depuis la fin du Paléozoïque, les seules roches ajoutées au Québec sont celles

des collines montérégiennes (monts Royal, Saint-Bruno, Rougemont, etc.) vers -120 Ma.

• Ce ne sont pas des volcans, mais des magmas qui ont cristallisé dans la croûte et qui sont visibles aujourd’hui parce que l’érosion a usé la croûte de 1 ou 2 km.

• La théorie la plus courante utilisée pour expliquer leur mise en place fait appel à l’idée de point chaud. Une colonne de roche très stable qui monte dans l’asthénosphère fond un peu en approchant de la lithosphère et elle fournit du magma pendant quelques Ma. Comme la plaque portant le Québec se déplace pendant tout ce temps, ce magma est injecté en divers points de la croûte et forme une traînée de collines (après érosion de la couverture rocheuse).

CroûtePartie manteau de la lithosphère

Asthénosphère

PLAQUE

fusion

Colonne stable

Cette roche du mont Saint-Bruno, avec ses gros cristaux formés lentement dans les entrailles de la Terre, n’a rien d’une roche volcanique. C’est une péridotite.

Saint-Bruno et Saint-Hilaire depuis le mont Royal.

Panorama de trois des cinq volcans de l’île d’Hawaii et activité à un quatrième, le Kilauea. On explique la naissance de cette longue chaîne d’îles par l’idée de point chaud.

Quaternaire• Durant l’ère Cénozoïque (les derniers 65 Ma) le Québec n’a pas gagné de

nouveaux massifs rocheux.

• C’est cependant une ère importante pour le cours, puisque presque tous les dépôts de surface (roches meubles) datent de la période Quaternaire ou ont été remaniés durant le Quaternaire (de -2,6 Ma à aujourd’hui). Ce sont ces dépôts sur lesquels ont construit et dans lesquels on puise l’eau souterraine.

• Tout cela résulte du fait qu’il y a encore 10 000 ans le Québec ressemblait au Groenland et était recouvert par une couche de glace de quelques km de hauteur.

Dépôt d’argile du Quaternaire entaillé par le ruisseau Green près d’Ottawa.

Photo Ian Clark, université d’Ottawa,

http://www.science.uottawa.ca/est/eng/prof/clark/Clark.html