La tectonique des plaques

Chapitre 3 : La dynamique interne de la Terre : La tectonique des plaques

Mme ROCHE Collège Jas de Bouffan Collège Louis Philibert

Les séismes et les volcans sont des manifestations de l'activité interne de la Terre.

Quelques manifestations de l'activité interne de la Terre

Problème : Où sont localisés les séismes et les volcans ? Quelles informations nous apportent leurs répartitions?

Hypothèse :

I/ La localisation des séismes et des volcans

Activité 1 : La répartition des séismes et des volcans

Carte des reliefs

Afin de répondre aux questions de l'activité, cliquez sur les deux liens ci-dessous :

Lien pour tectoglob 3D

Carte de la répartition mondiale des séismes en 2015

Carte de la répartition mondiale des volcans

Comparaison de la répartition des séismes, des volcans et des limites de plaques

Les différentes plaques

Document 2 : Carte de la répartition des plaques

Bilan 1 : Les séismes et les volcans (témoins de l'activité interne de la Terre) sont localisés dans des zones précises du globe : chaînes de montagnes, fosses océaniques, dorsales océaniques. Quelques volcans actifs sont cependant isolés. La répartition des séismes et des volcans permet de délimiter une douzaine de plaques assemblées comme les pièces d'un puzzle.

Définitions : Dorsale océanique : longue chaîne de montagne sous-marine caractérisée par une forte activité géologique. Fosse océanique : longue dépression (trou) sous-marine caractérisée par une forte activité géologique.

Activité 2 : Les caractéristiques des plaques

Document 1 : Utilisation de la sismologie par les géologues. L’intérieur de la Terre étant inaccessible aux études directes, les géologues utilisent les ondes sismiques afin de savoir de quelle façon elle est constituée en profondeur. Ils ont remarqué que plus le milieu traversé par ces ondes était rigide, plus les ondes se propageaient rapidement. La vitesse est la même lorsque la rigidité du milieu ne change pas. La vitesse des ondes sismiques est donc proportionnelle à la rigidité du milieu.

Document 2 : Vitesse des ondes sismiques au niveau d'un océan et d'un continent

Ces courbes ont été obtenues en analysant la vitesse de propagation d’ondes issues de milliers de séismes et enregistrées au niveau de centaines de stations sismiques. La diminution de vitesse observée est liée à une baisse de la rigidité des roches.

Document 3 : Schéma d'une partie de la structure interne du globe

Bilan 2 : L'étude de la propagation des ondes sismiques a permis de délimiter les plaques en profondeur. On délimite ainsi deux zones : La lithosphère rigide découpée en une douzaine de plaques qui repose sur l'asthénosphère moins rigide.

Définitions : Plaque lithosphérique : zone stable à la surface de la Terre délimitée par des zones de fortes activités sismiques et volcaniques. Lithosphère : partie superficielle et rigide de la Terre. Asthénosphère : partie de la Terre située sous la lithosphère et moins rigide que celle-ci.

Schéma de la structure interne du globe

Exercice : La propagation des ondes sismiques

Les ondes sismiques ne se propagent pas à la même vitesse dans toutes les roches du globe. Leur vitesse à différentes profondeurs a été calculée. On obtient le graphique suivant :

Problème : Comment expliquer la présence de volcans actifs et de séismes aux limites des plaques?

Hypothèse : Je pense que

II/ Le mouvement des plaques

Activité 3 : Les preuves du mouvement des plaques

Document 1 : Répartition actuelle des fossiles de Cynognathus, Lystrosaurus, Mesosaurus et Glossopteris en Amérique du Sud, Afrique, Inde, Australie et Antarctique.

Cynognathus : est un reptile fossile terrestre de 3 m de long découvert en Argentine et en Afrique. Lystrosaurus : reptile fossile terrestre découvert en Afrique, Inde, Antarctique. Mésosaurus : reptile fossile d’eau douce découvert en Amérique du Sud et en Afrique. Glossopteris : plante fossile terrestre découverte sur tous les continents de l’Hémisphère Sud.

Document 2 : Extrait d’un texte d’Alfred Wegener (physicien, météorologue du début du XXe siècle) « Les continents doivent s’être déplacés l’un par rapport à l’autre. L’Amérique du Sud doit avoir été contiguë à l’Afrique au point de constituer avec elle un bloc continental unique. Selon moi, ce bloc s’est scindé il y a plus de 100 millions d’années en deux parties qui se sont écartées. Les contours des deux continents sont encore aujourd’hui remarquablement complémentaires et devaient être emboîtés. » Extrait de : La génèse des continents

Alfred Wegener 1880-1930

Vidéo à regarder

Explication du système GPS

Document 3 : Mesure GPS au niveau d'une dorsale et d'une fosse océanique

Bilan 3 : Les plaques sont en mouvement, ce qui explique la présence de séismes et de volcans à leurs limites. Les plaques se déplacent sur l'asthénosphère. Certaines s'écartent (zone de divergence) et d'autres se rapprochent (zone de convergence) et d'autres coulissent. Le mouvement des plaques peut être mesuré par des satellites.

1968 : Théorie de la tectonique des plaques par Xavier Le Pichon

III/ Les conséquences du mouvement des plaques

Activité 4 : L'ouverture océanique

Julie, une élève de 4°, prévoit de passer ses vacances de Février chez sa tante en Islande. En attendant le grand départ, elles échangent des emails sur internet afin de planifier le voyage de Julie. Sa tante lui décrit dans un email qu’elles iront dans la région de Thingvellir afin que Julie puisse marcher sur un nouveau morceau de plaque lithosphérique de l’Océan Atlantique. Julie ne comprend pas ce qu’a voulu dire sa tante.

Document 1 : La localisation de l'Isalnde et de la région de Thingvellir

Document 2 : carte de l'âge des roches volcaniques (basaltes) de la lithosphère océanique au niveau de l'Atlantique Nord

Document 3 : L'ouverture d'un océan et la formation de la lithosphère océanique

Bilan 4 : Au niveau des dorsales, on trouve des volcans de type effusif. La lave au contact de l'eau se refroidit et se transforme en roche volcanique (basalte) qui sera à l'origine de la croûte océanique. La lave en se solidifiant repousse la croûte de la dorsale : - un océan s'agrandit - les continents divergent (s'écartent).

Vidéo à regarder

Schéma du fonctionnement d'une dorsale océanique

Exercice en ligne

Activité 5 : La disparition de la lithosphère océanique

Utilisation du logiciel tectoglob 3D

Réalisation d'une coupe au niveau de la Cordillère des Andes avec le logiciel tectoglob 3D

Coupe au niveau de la Cordillère des Andes à légender

Un exemple de volcan au niveau de la Cordillère des Andes

Document : L’éruption du Calbuco (Chili) le jeudi 30 avril 2015 Une troisième éruption du Calbuco a secoué, jeudi 30 avril 2015, le sud du Chili. Le brusque réveil du volcan, après quarante-trois ans de demi-sommeil, a projeté un nuage de cendres jusqu’en Argentine et en Uruguay, provoquant l’annulation de vols depuis et vers les Etats-Unis et l’Europe. « Alerte rouge » a annoncé sur Twitter le service national de géologie et des mines du Chili, qui n’exclue pas de nouvelles éruptions après les deux premières, la semaine dernière, qui a entraîné l’évacuation de 5000 personnes. Les experts ont prévenu que l’épisode éruptif pouvait durer plusieurs semaines. En milieu de journée, le cratère culminant à 2003 mètres d’altitude a craché une énorme colonne de fumée et de cendres en direction du Sud-Est. Au total, le volcan a expulsé environ 210 millions de m^3 de cendres lors de ses deux premières éruptions. Aucune victime n’est à déplorer selon les autorités. D’après le Monde.fr

Schéma d'une zone de subduction à légender

Bilan 5 : Au niveau des fosses océaniques, la lithosphère océanique s'enfonce sous la lithosphère continentale. Elle disparaît dans l'asthénosphère : c'est la subduction. Ce phénomène est à l'origine d'un volcanisme principalement explosif. Les mouvements de convergence (2 plaques qui se rapprochent) entraînent la fermeture d'un océan et le rapprochement des continents. Lorsque les continents se rencontrent, il se forme une chaîne de montagne : on parle de collision.

Définitions : Subduction :plongement d'une plaque lithosphérique sous une autre plaque lithosphérique. Collision : Affrontement de deux plaques lithosphériques continentales conduisant à la formation d'une chaîne de montagne.

Vidéo à regarder

Animation à regarder

Exercice en ligne

IV/ L'origine du mouvement des plaques

Document 1 : Dissipation de l'énergie thermique en mW/m2

Document 2 : Carte des reliefs sur Terre

Document 2 : Une origine de la chaleur interne de la Terre

La Terre est un objet chaud, situé dans un environnement (milieu interplanétaire) froid. Depuis sa formation, il y a 4,6 milliards d’années, elle tend à se refroidir en évacuant sa chaleur vers l’extérieur. L’intérieur de la Terre est fait de roches, contenant des éléments radioactifs tels que l’uranium. Ces éléments ont la capacité de se transformer au cours du temps en d’autres éléments. Ces transformations libèrent de l’énergie, sous forme de chaleur, qui chauffe les roches.

La relation entre la tectonique des plaques et la dissipation de l'énergie interne de la Terre.

Au niveau d'une zone de subduction, la lithosphère froide plonge dans l'asthénosphère. En conséquence, au niveau d'une dorsale, deux plaques s'écartent. Cette divergence est associée à une remontée de matériel chaud, permettant la dissipation de l'énergie thermique. La Terre présente donc une dynamique interne.

Bilan 6 : Les mouvements des plaques sont liés à des mouvements de matière en profondeur. Sous une dorsale océanique, du matériel chaud remonte et provoque l'écartement des plaques de part et d'autre de l'axe de la dorsale. Au niveau des zones subduction, la lithosphère froide plonge dans l'asthénosphère plus chaude. La dynamique interne du globe est à l'origine de la tectonique des plaques.

Vidéo à regarder

Vidéo bilan

Schéma bilan : Ch.3 : La dynamique interne de la Terre : la tectonique des plaques