Géodynamique Interne et Tectonique des Plaques

Géodynamique Interne

• La dynamique interne de la Terre concerne les mouvements et processus affectant son intérieur
• Elle est liée à la déperdition de chaleur due à la désintégration radioactive de certains éléments.
• La manifestation la plus visible est le déplacement des plaques lithosphériques sur l'asthénosphère plastique.
• La tectonique des plaques explique les tremblements de terre, les volcans, la déformation de la croûte et la formation des chaînes de montagnes.
• Une théorie précurseur est la dérive des continents.

La Tectonique des Plaques

• La lithosphère est fragmentée en plaques de plusieurs millions de kilomètres carrés.
• Actuellement, il existe une quinzaine de grandes plaques, mais leur nombre a varié.
• Les mouvements relatifs possibles entre les plaques sont :
  • Divergence (éloignement)
  • Convergence (rapprochement)
  • Coulissement (mouvement parallèle)
• Les zones "stables" incluent les dorsales où la matière monte et les zones de subduction où elle redescend.
• La tectonique des plaques est le mouvement des plaques qui donne lieu à la dérive des continents.

La Dérive des Continents

• Il y a environ 12 grandes plaques tectoniques à la surface de la Terre.
• Certaines plaques sont subdivisées en plaques plus petites, par exemple l'Inde et l'Australie ou l'Afrique et la Somalie.
• La convection dans le manteau entraîne le mouvement des plaques.
• Les vitesses de déplacement varient de presque rien à 20 cm/an, notamment en Asie du Sud-Est et dans le Pacifique.
• Wegener a fourni des observations qui pouvaient être expliquées par la dérive des continents.

Arguments de Wegener

• Le parallélisme des côtes de l'Atlantique suggère un ancien bloc commun.
• Wegener a conçu que toutes les masses continentales étaient réunies en un mégacontinent, la Pangée.
• La reconstitution de Bullard est une version plus précise de la Pangée.
• Des fossiles de plantes et d'animaux terrestres datant de 240 à 260 Ma se retrouvent de part et d'autre de l'Atlantique.
• La Pangée explique la répartition cohérente de ces fossiles entre des continents éloignés.
• Des marques de glaciation datant d'il y a 250 millions d'années sont observées sur divers continents.
• La répartition des dépôts glaciaires et les directions d'écoulement de la glace sont cohérentes si les continents sont rassemblés à la Wegener.
• La correspondance des structures géologiques entre continents soutient aussi l'existence de la Pangée.
• Des chaînes de montagnes comme les Appalaches, les Mauritanides et les Calédonides formaient une seule chaîne continue.
• Le paléomagnétisme a confirmé la dérive des continents avec la découverte de bandes magnétiques dans les planchers océaniques.
• Ces bandes présentent un champ magnétique alternativement dirigé vers le Nord et le Sud.
• Ces bandes proviennent de l'aimantation rémanente piégée lors du refroidissement des roches près des dorsales.
• Le motif en "peau de zèbre" prouve l'expansion des fonds océaniques.

Expansion des Fonds Océaniques

• L'expansion océanique est un modèle scientifique expliquant la genèse et la dynamique de la croûte océanique.
• La croûte océanique est créée au niveau des dorsales par des courants ascendants et recyclée au niveau des fosses océaniques par subsidence.
• La croûte continentale, plus légère, dérive à la surface.

Anomalies Magnétiques

• Les basaltes du plancher océanique peuvent devenir des sources magnétiques.
• Une tige de fer perd ses propriétés magnétiques au-delà de 700°C (température de Curie).
• Cette même tige redevient attirée par un aimant en refroidissant.
• L'aimantation thermorémanente se produit quand une roche franchit le point de Curie au niveau de la dorsale.
• Les levées magnétiques montrent des anomalies en bandes parallèles à la dorsale, avec un champ magnétique supérieur ou inférieur à la normale.
• Ces bandes sont disposées symétriquement par rapport à l'axe de la dorsale.

Hypothèse de Heiss et Vine & Matthews

• Vine et Matthews ont lié les anomalies magnétiques à l'hypothèse du double tapis roulant de Hess.
• Leur modèle décrit une montée permanente de lave basaltique dans l'axe de la dorsale, repoussant les basaltes plus anciens.
• Cette hypothèse a été vérifiée en 1966 par la correspondance entre les bandes d'anomalies et la chronologie des inversions magnétiques.

Les Limites des Plaques

• Les limites des plaques sont des zones de divergence, de convergence ou de coulissage.

Dorsales Océaniques : Frontières de Divergence

• Les roches les plus jeunes des fonds de l'océan Atlantique se trouvent à l'axe de la dorsale, les plus anciennes près des continents.
• Cette répartition est symétrique.
• Les plaques se forment au niveau de la dorsale.
• Une activité volcanique effusive avec des émissions de lave basaltique fluide se produit à l'axe des dorsales.
• Cette lave prend la forme de coussins appelés "pillow-lavas" en se refroidissant.
• Les dorsales atlantiques sont des zones d'écartement de plaques et de création de lithosphère.
  • Dans l'axe de la dorsale, le magma fluide remonte et crée la nouvelle lithosphère.
  • Les roches nouvelles poussent les plus anciennes, agrandissant le plancher de l'océan.

Zones de Subduction : Frontières de Convergence

• La fosse du Pérou est la frontière convergente entre les plaques de Nazca et d'Amérique du Sud.
• Le côté ouest de l'Amérique du Sud présente une fosse océanique, la cordillère des Andes, et des volcans.
• Les foyers sismiques sont disposés sur un plan incliné sous la chaîne de montagnes.
• La plaque de Nazca d'origine océanique passe sous la plaque sud-américaine continentale et plonge dans l'asthénosphère.
• Au niveau d'une fosse océanique, la lithosphère océanique disparaît, fermant un océan.
• La subduction a lieu lorsqu'une plaque lithosphérique d'origine océanique passe sous une plaque continentale et plonge dans l'asthénosphère.

Zones de Collision et d’Obduction (L’Himalaya)

• Lorsque deux lithosphères continentales s'affrontent, il y a collision et formation d'une chaîne de montagnes.
• L'Himalaya est situé à la limite des plaques indienne et eurasiatique.
• L'océan Téthys séparait l'Inde et l'Asie il y a 70 millions d'années.
• La lithosphère océanique a disparu car la plaque indienne s'est rapprochée de la plaque eurasiatique.
• Les plaques se sont "écrasées" l'une contre l'autre, formant une chaîne de montagnes.
• Ces montagnes grandissent encore actuellement et sont géologiquement actives.
• Il n'y a pas de subduction quand deux continents se rencontrent car leurs densités sont identiques.
• Les chaînes de montagnes comme l'Himalaya présentent des déformations cassantes (failles) et souples (plis).
• Ces déformations témoignent de la compression due à la collision de deux lithosphères continentales.
• On peut observer des traces marines dans les roches des montagnes, comme des fossiles marins et des basaltes en coussins.

Conclusion sur les Plaques Tectoniques

• Les plaques se forment et s'écartent aux dorsales, se rapprochent et disparaissent aux fosses océaniques.
• Ces mouvements se font sur des millions d'années.
• Les zones de divergence créent des océans, tandis que les zones de convergence les font disparaître.
• L'affrontement de masses continentales en zones de convergence entraîne la formation de chaînes de montagnes.
• La surface de la Terre est transformée par ces mouvements de plaques tectoniques.

Le Moteur de la Tectonique des Plaques

• La subduction est une manifestation de la convection dans le manteau, tout comme l'expansion océanique.
• Toute la Terre est impliquée dans ce processus, en évacuant sa chaleur interne.
• Le mouvement des plaques est associé à des forces gravitationnelles.
• Les plaques sont "tirées" par un morceau en subduction et "poussées" par l'expansion océanique, mais plus lentement.

L'Evacuation de la Chaleur et le Mouvement des Plaques

• L'énergie nécessaire à la tectonique des plaques provient de la chaleur produite par la radioactivité.
• Cette chaleur est plus importante que ce que la conductivité thermique peut évacuer.
• Un déplacement des roches chaudes vers la surface permet d'évacuer plus rapidement et efficacement la chaleur.

Les Forces Gravitationnelles et Mouvements de la Lithosphère

• La lithosphère joue un rôle particulier en permettant l'évacuation de chaleur.

• La variation la plus rapide de température se trouve dans cette couche, entre 0°C en surface et 1300°C dans l'asthénosphère.

• L'asthénosphère chaude est légère et déformable, tandis que la lithosphère froide est lourde et rigide.

• Le couple asthénosphère-lithosphère forme un système avec une couche rigide sur un milieu ductile.

• Les variations rapides de densité près de la surface donnent naissance aux forces qui agissent directement sur les plaques.

  • La force de poussée aux dorsales provient de la pente topographique : la lithosphère jeune et chaude est élevée, mais s'alourdit et s'enfonce en vieillissant.
  • La force de traction aux fosses provient de l'instabilité gravitationnelle liée à une couche froide et lourde sur une couche chaude et légère.

Volcanisme

• Les volcans ne sont pas répartis aléatoirement, ils se situent souvent aux frontières de plaques ou à l'intérieur des plaques.
• Un volcan est un relief terrestre ou sous-marin formé par l'éjection et l'empilement de matériaux, soit de lave (type effusif), soit de téphras (type explosif).
• Ce magma, issu de la fusion partielle du manteau ou de la croûte, peut former des montagnes ou des îles.
• Les volcans ont des formes variées, mais ont souvent l'aspect d'une montagne conique avec un cratère ou une caldeira.
• Les matériaux sortent principalement au sommet du volcan, mais des ouvertures latérales peuvent apparaître.

Volcanisme de Dorsale

• Des volcans sous-marins se trouvent tout le long des dorsales, surtout dans le rift central, où se forme la nouvelle lithosphère océanique.
• La composition de la lave indique une fusion partielle du manteau.
• Des tensions et des fractures permettent au magma de s'insinuer dans la lithosphère et de former des volcans.
• L'Islande est un cas particulier, étant formée uniquement de volcans sur la dorsale de l'Atlantique Nord.
• Certaines hypothèses suggèrent un point chaud sous l'Islande.
• Les volcans au large du Pacifique sont un exemple d'expression de ce volcanisme de convergence.

Volcanisme de Zone de Subduction

• Va former des chaîne de volcans.
• La nature du volcanisme va différer selon qu'il va s'agire d'une colision entre lithosphère océanique, ou entre une lithospshère océanique et une lithosphère continentele
• On y retrouve : Mont St. Helens, Mt Rainier, et Crater Laker.

Origine du Volcanisme

• Une fissure profonde permet l'ascension de magmas, matières minérales fondues à plus de mille degrés, contenant à l'origine une phase gazeuse.
• Une quantité considérable d'énergie thermique et cinétique est libérée.

Structure d'un Volcan

• Chambre magmatique
• Cheminée principale
• Cratère sommital
• Cheminée secondaire
• Fissures latérales

Les Formes des Emissions Volcaniques

• Laves : Matériau le plus connu émis par les volcans. Sont formées de laves fluides qui s'écoulent le long des flancs du volcan.
• Fumerolles (Gaz volcaniques) : Appareils volcaniques qui émettent des gazs volcaniques de température.
• Projections :Matériaux volcaniques composés de tephras comme les cendres, bombes, ou blocs rocheux.

Déroulement Classique D'une Eruption

• La mise sous pression est accompagnée d'un gonflement du volcan et de séismes très superficiels localisés sous le volcan, signe que la chambre magmatique se déforme.
• L'éruption débute au moment où la lave atteint l'air libre.

Origine des Séismes

• Les causes peuvent être des ruptures, explosions ou la présence de magmas

La prévention contre le volcan

• On peut organiser un système de prévention et d’avertissement qui permet d’évacuer en temps utile les populations menacées.
• Eviter la construction.

Séismes

• Résultent de la libérations d'énergies accumulées.
• La plupart sont localisés sur des failles, mais peuvent également être d'activités volcaniques.

Origines des Tremblements de Terre

• Rupture d'une faille (séismes tectoniques)
• Intrusion et dégazage d'un magma (séismes volcaniques)
• Explosion, effondrement d'une cavité (séismes d'origine naturelle ou dus à l'activité humaine)

Les Effets et L'Intensité des Séisme

• On utilise l'échelle de Mercalli et de Richter

Enregistrement des Tremblements de Terre

• Peut être mesuré par un sismographe qui capte les vibrations.

Profondeur d'un Foyer

• Séismes Superficiels : faible profondeur, autant aux frontières divergentes qu'aux convergentes
• Séismes Intermédiaires: Se concentrent uniquement au voisinage des limites convergentes et à des profondeurs de quelques centaines de kilomètres.
• Séismes Profonds : A des profondeurs qui peuvent atteindre 700 km.

Tsunami

• Le tsunami (nom tiré du japonais) engendre un phénomène particulièrement destructeur consécutif à un mouvement du fond sous-marin généré par un séisme, une éruption volcanique ou un glissement de terrain.
• Le soulèvement du fond marin engendre un gonflement de la masse d'eau.
• La vitesse de propagation de ces vagues est de 500 à 800 km/heure en eau profonde (milliers de mètres),diminuant à quelques dizaines de km/heure en eau peu profonde (moins de 100 m).
• La périodicité des vagues est de l'ordre de 15 à 60 minutes.
• Le 26 décembre 2004, l'île de Sumatra (Indonésie) a connu un des plus grands séismes jamaisenregistrés (M = 9,0).