Notion de plaques tectoniques

Ch 3 Répartition des séismes et volcans

3.1 Introduction

La terre est une planète vivante, qui bouge. On observe régulièrement des séismes et des volcans, mais est-ce que ces phénomènes sont répartis au hasard sur la planète?

Regardons un petit peu, la répartition des séismes et des volcans sur la planète (utilisation de l'activité Breal). 

En faisant cette activité, nous avons pu observé que les séismes et les volcans sont la plupart du temps superposés. Les reliefs (dorsale, chaîne de montagne et fosse océanique) sont situés sur des zones actives. Ces zones actives (séismes + volcans) délimitent des régions à la surface du globe, on appelle ces régions des plaques lithosphériques. Une plaque lithosphérique est une portion de la surface terrestre délimité par une zone à forte activité sismique et volcanique. On a pu voir que les reliefs sont aussi situés à la frontière entre deux plaques lithosphériques. Pour chaque frontière de plaque il y a un relief spécifique associé. Les reliefs associés sont les suivants :

Limite de plaques relief associé
continentale - continentale chaîne de montagne
océanique - océanique dorsale
océanique - continentale fosse océanique

Au final la terre peut se présenter comme suit :

nom-plaques.jpg

Dessin représentant la superposition des séismes (jaune), des volcans (rouges), et des limites de plaques lithosphériques (noir) ainsi que le nom des différentes plaques.

Sur ce dessin on peut observer les 12 principales plaques lithosphériques ainsi que 3 plaques mineurs (en orange). Il existe plusieurs plaques mineures en fonction des auteurs et de la taille de la région étudiée. Pour notre part, seul les 12 principales plaques nous intéressent, ce sont les suivantes :

Plaque nord-américaine plaque nazca plaque philippines
plaque caraïbes plaque antarctique plaque eurasienne
plaque des cocos plaque pacifique plaque arabique
plaque sud américaine plaque australienne plaque africaine

 

3.2/ la composition des plaques lithosphériques

Afin de connaître la composition de la surface de la terre les chercheurs ont utilisés les propriétés physiques de celle-ci. Nous avons vu dans le cours que les ondes sismiques se déplacent dans le sol et que leurs vitesses dépendent de la nature des roches traversées. C'est en utilisant cette propriété que les chercheurs ont étudié la nature du sol. Dans un premier temps ils ont étudiés la propagation des ondes en fonction de la nature du sol.  Ils ont pu démontrer que plus le sol est dense et rigide plus les ondes sismiques se propagent vite. Par ailleurs, on sait que les ondes se réfléchissent lorsqu'elles rencontre un milieu de composition différente (comme la boule de billard qui rebondit sur la bande). Partant de ce résultat ils ont décidé de faire des tests grandeurs nature en faisant vibrer le sol (grâce à un appareillage spécial) et en mesurant les ondes grâce à un sismomètre situé quelques kilomètres plus loin. Avec cette technique ils ont pu obtenir le résultat suivant :

coupe-masw.png

Résultat de l'analyse de la propagations des ondes sismiques dans le sous sol (attention la profondeur est en miles (m), 1 miles = 1,6 km). Données issues du site : http://www.geoslab.fr/masw.php

On constate que la vitesse de propagation des ondes sismiques augmente régulièrement jusqu'à environ 35 miles (environ 60 km) puis elle diminue. On sait que la vitesse des ondes sismiques est proportionnelle à la rigidité du sol. Donc la rigidité du sol augmente jusqu'à 60 km puis le sol devient moins rigide. Le sol est donc composé de 2 couches superposées, l'une rigide et l'autre plus souple. On va appeler la couche rigide, supérieure, la lithosphère et la couche inférieur souple, l'asthénosphère. En général on considère que la séparation entre la lithosphère et l'asthénosphère se situe entre 25 km (sous les océans) et 70 km (sous les continents). La terre est donc constituées d'enveloppes concentriques (comme un oignon). Les enveloppes superficielles sont la lithosphère rigide et l'asthénosphère plus souple (moins rigide).

 

3.3/ les plaques lithosphériques et leurs mouvements.

Nous avons tous entendu parler de dérive des continents, mais comment se déplacent les plaques lithosphériques les unes par rapport aux autres ? Afin de mieux comprendre cette notion nous allons étudier chaque limite de plaque spécifiquement.

 

3.3.1/ Au niveau des dorsales

Les dorsales constitue la frontière entre 2 plaques océaniques. Les chercheurs ont étudiés la composition des sédiments marins au fond des océans. Les sédiments sont, comme nous l'avons vu en 5ème tout ce qui est apporté par les divers éléments sur le sol. On y retrouve des squelettes et des coquilles d'animaux mort, mais aussi les minéraux apportés par l'érosion. Les chercheurs ont pu, grâce à des méthodes de datation, déterminer l'âge du fond des océans de part et d'autre de la dorsale atlantique. Voici les résultats obtenus :

carte-des-fonds-oc-anques-atlantique-sud.jpg

Schéma représentant l'âge du fond des océans de chaque coté de la dorsale de l'atlantique sud (dessin, Alain Gatien, prof SVT académie Dijon)

On observe que plus on s'éloigne de la dorsale, plus l'âge des sédiments qu'on peut trouver sont vieux. On sait que les sédiments se déposent toujours à la même vitesse et uniformément dans tout l'océan. Donc si on ne trouve des vieux sédiments que sur les parties éloignées de la dorsale, c'est que le fond des océans s'écarte lentement de chaque coté de la dorsale. Les plaques lithosphériques s'éloignent l'une de l'autre au niveau d'une dorsale.

 dorsale-oceanique.jpg

 

3.3.2/ au niveau des fosses océaniques

Une fosse océanique est la limite entre une plaque océanique et une plaque continentale. On a vu précédemment que dans une dorsale les plaques océaniques s'écartent l'une de l'autre. Que se passe t'il au niveau de la fosse océanique? Au niveau d'une dorsale océanique on observe que des séismes s'enfoncent loin sous la surface de la lithosphère. C'est donc qu'il existe des frottements loin en dessous de la lithosphère. La distribution des séismes est comme suit :

plan-wadachi-benioff.jpg

Les séismes suivent un axe (ici nommé Wadachi - Benioff). Comment expliquer ce phénomène? On sait que l'asthénosphère est une couche "molle". Toutefois ça reste de la roche, elle est plus "molle" que la lithosphère, mais reste quand même solide. Par ailleurs on observe qu'après 500 km de profondeur, les séismes disparaissent. Si on observe les courbes de températures avec la profondeur, on constate que la température augmente avec la profondeur.  Il y a donc des frictions qui ont lieu dans l'asthénosphère, qui disparaissent avec la profondeur. On peut donc imaginer que la lithosphère s'enfonce dans l'asthénosphère (plus souple) mais qu'à une certaine profondeur (aux environs de 500 km) la lithosphère fond. On peut résumer les mouvements comme suit:

fosse-oceanique.jpg

La fosse océanique

un exemple de convergence

La subduction est le moteur de la tectonique des plaques. C'est l'enfoncement de la lithosphère dans l'asthénosphère qui "tire" les plaques lithosphériques et participe à l'écartement des dorsales océaniques.

3.3.3/ au niveau des chaînes de montagne.

Les chaînes de montagnes résultent de la collision de 2 plaques continentales. Mais comment ça se passe. Pour comprendre le mécanisme de la collision il faut repartir de la subduction. Pendant des millions d'années, au niveau de la fosse océanique des millions de kilomètre de cube sont enfouit par subduction. Par conséquent, l'océan présent entre 2 croûtes continentales va progressivement disparaître et les 2 continents se rapprocher. Au bout d'un certains temps, la plaque océanique aura totalement disparu et la plaque continentale va entrer en subduction. Seulement la plaque océanique est plus fine et plus lourdes que la plaque continentale. Alors que la plaque océanique était facilement subduite, la plaque continentale plus épaisse et plus légère va être subduite plus difficilement. Les frottements vont augmenter et la vitesse de déplacement des plaques tectoniques va diminuer. Même si parfois il reste encore un morceau d'océan, le ralentissement de la vitesse de déplacement des plaques lithosphériques est un argument pour dire que les 2 plaques continentales sont entrées en contact, c'est le début de la collision. La collision des plaques lithosphériques va entraîner le plissement de la plaque supérieure et la formation d'une chaîne de montagne.

On peut résumer ce qui ce passe comme suit:

collision.jpg

Ci dessus un exemple de chronologie de la formation d'une chaîne de montagne, après la fermeture d'un océan ancestral (c'est ce qui s'est passé dans les alpes, plus de détails en classe de terminale).

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Date de dernière mise à jour : 04/09/2013

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