Dynamique de la Lithosphère, Chapitre 3

Thème 1B: La Dynamique Interne de la Terre, Chapitre 3: La Dynamique de la Lithosphère

• La lithosphère, l'enveloppe rigide externe de la Terre, est étudiée dans ce chapitre.

Partie I : La mobilité horizontale de la lithosphère

• Le chapitre examine la mobilité horizontale de la lithosphère.
• Les limites des plaques et les déplacements passés et actuels sont étudiés.

Identifier les limites de plaques

• Avant 1968, on pensait que les continents se déplaçaient, mais il s’avère que la lithosphère est fracturée en plaques rigides.
• Les plaques se déplacent les unes par rapport aux autres, un concept connu sous le nom de "tectonique des plaques".
• La tectonique des plaques implique la création de roches à une limite de plaque et la disparition de roches à une autre.
• La production de matière se produit dans un contexte géodynamique de dorsale.
• La disparition de matière se produit dans un contexte géodynamique de fosses océaniques.

Mesurer les déplacements passés

• Des études sur le paléomagnétisme ont permis de prouver l'existence d'une extension océanique.
• Le champ magnétique terrestre s'inverse régulièrement depuis 1906.
• La lave contient des cristaux de magnétite qui s'orientent selon le champ magnétique lors de leur refroidissement à 600°C.
• En 1963, la découverte d'une "peau de zèbre" dans le relevé du paléomagnétisme a confirmé l'expansion océanique.
• L'alternance d'anomalies magnétiques positives et négatives indique que les fonds océaniques se forment en permanence au niveau des dorsales.
• La vitesse d'expansion des fonds océaniques se calcule en mesurant la distance à la dorsale de basaltes datables.
• En 1968 et 1969, le Glomar challenger a effectué des forages dans l'océan Atlantique.
• Il fut constaté qu'au fur et à mesure que l'on s'éloignait de la dorsale, les sédiments en contact avec le basalte étaient de plus en plus anciens.
• Les sédiments se déposent lors de la formation du plancher océanique et s'éloignent de l'axe de la dorsale avec le plancher en expansion.
• L'étude des alignements volcaniques, avec des volcans d'âge croissant, confirme le modèle de la tectonique des plaques.
• L' étude du chapelet de volcan du point chand d'Hawaï a permis de déterminer la vitesse d'expansion de la plaque pacifique à une moyenne de 9 cm par an.

Mesurer les déplacements actuels

• Le système GPS permet de positionner précisément des stations au sol pour étudier le déplacement des plaques.
• Les mesures GPS indiquent un déplacement des plaques de l'ordre de quelques centimètres par an.
• La lithosphère océanique s'enfonce au niveau des fosses, un processus appelé subduction.
• On distingue trois catégories de mouvements horizontaux : divergence, convergence et cisaillement.
• Divergence = écartement au niveau des dorsales, convergence = rapprochement au niveau des fosses océaniques ou zones de collision, cisaillement = coulissage de plaques animées de mouvements antiparallèles.

BILAN CONNAISSANCES SUR LA CARACTÉRISATION DE LA MOBILITÉ HORIZONTALE (PARTIE I) :

• La lithosphère est découpée en plaques animées de mouvements, quantifiables par différentes méthodes géologiques.
• Les méthodes de mesure incluent les études des anomalies magnétiques, des mesures géodésiques, la détermination de l’âge des roches par rapport à la dorsale, et l'observation des alignements volcaniques.
• La distinction de l’ensemble des indices géologiques et les mesures actuelles permettent d’identifier des zones de divergence et des zones de convergence aux caractéristiques géologiques différentes (marqueurs sismologiques, thermiques, pétrologique).

PARTIE II : La dynamique des zones de divergence

• La tomographie sismique révèle une anomalie de vitesse des ondes sous la dorsale, indiquant la présence de matériau chaud et liquide.
• Ce matériau chaud est de la péridotite en fusion partielle.

La péridotite

• La péridotite est la roche du manteau, composée principalement d'olivine et de pyroxène.
• Elle fusionne partiellement autour de 1300°C sous faible pression.
• La remontée de l'asthénosphère au niveau de la dorsale permet la fusion partielle de la péridotite.
• Le géotherme de la lithosphère océanique au niveau d'une dorsale favorise la naissance d'un magma d'origine mantellique.

Deux types de dorsales

• Il existe deux grandes catégories de dorsale, selon le taux de fusion partielle de la péridotite.
• Les dorsales rapides ont une vitesse d'expansion de 5 à 10 cm/an et une activité volcanique importante due à un taux de fusion élevée (jusqu'à 28%).
• La décompression des péridotites en ascension entraîne leur fusion partielle, formant une croûte océanique de gabbros surmontée de basaltes.
• Les dorsales lentes ont une vitesse d'expansion de 0,5 à 1 cm/an et une faible activité volcanique due à un faible taux de fusion (8 à 13%).
• Des failles de décrochement entraînent des morceaux du manteau constitué de péridotites.
• La lithosphère océanique s'affine et se fracture, créant une vallée d'effondrement volcanique appelée "rift".

L’hydratation de la lithosphère océanique

• Au niveau des dorsales lentes, la péridotite chaude est hydratée par contact avec l'eau de mer (hydrothermalisme).
• L’olivine et les pyroxènes réagissent en présence d'eau pour former de la serpentinite.
• Les péridotites subissent un métamorphisme et sont appelées "péridotites serpentinisées", avec un aspect de peau de serpent.
• Un hydrothermalisme se produit aussi au niveau des dorsales rapides.
• Les fissures dans la croûte océanique facilitent la circulation d'eau de mer, métamorphisant le gabbro en métagabbro à hornblende.

La maturation physique de la lithosphère océanique

• En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et s'épaissit par l'augmentation de la profondeur de l'isotherme 1300°C.
• Bien que la densité des roches superficielles diminue (d = 2.9), la densité globale augmente par ajout de manteau lithosphérique dense (d = 3.3).
• La lithosphère plus dense s'enfonce dans l'asthénosphère moins dense (d = 3.25).

BILAN CONNAISSANCES SUR LA DYNAMIQUE DES ZONES DE DIVERGENCE :

• La divergence des plaques permet la mise en place d'une nouvelle lithosphère.
• Cette nouvelle lithosphère se forme par l'apport de magmas mantelliques, résultant de la décompression du manteau.
• Dans les dorsales lentes, l'activité magmatique est réduite et la divergence expose directement les zones du manteau.
• La croûte océanique est le siège d'une circulation d'eau qui modifie les minéraux.
• La nouvelle lithosphère se refroidit et s'épaissit en s'éloignant de l'axe, augmentant sa densité.