Modéliser des mouvements de convection

Voici des schémas qui illustrent une expérience permettant de comprendre les mouvements de matière qui peuvent se réaliser à l’intérieur du globe terrestre.

 

Situation de départ

 

Dans un bécher, on a deux huiles colorées superposées et au-dessus une couche d’alcool colorée. Il y a donc trois couleurs, trois couches superposées qui, pour le moment, ne se mélangent pas. On utilise de l’alcool car il est moins dense que l’huile (il reste toujours au-dessus).

 

 

Analogie avec le globe terrestre

Par ces trois couches colorées, on représente les trois roches de la Terre. L’alcool représente la croûte terrestre (ou croûte continentale) et les deux huiles, le manteau supérieur et le manteau profond. Sous le bécher, on place une source de chaleur qui représente la chaleur qui se dégage de l’intérieur de la Terre.

 

Expérience

 

 

On observe un déplacement de certaines huiles au sein du bécher. Le déplacement est juste à l’aplomb de la source de chaleur. On constate que la couche d’huile rouge commence à se déplacer vers le haut. D’abord une bosse, puis celle-ci se transforme en une sorte de champignon. La couche rouge se déplace vers le haut grâce à cette source de chaleur.

 

Interprétation

En chauffant l’huile, elle devient moins dense et elle a tendance à s’élever et à se placer au-dessus de l’huile jaune qui n’est pas aussi chauffée que l’huile rouge (elle est donc plus dense). À la surface, on observe que la couche la moins dense (alcool) n’est pas affectée par ces mouvements. D’autre part, on peut mesurer une libération de chaleur due aux mouvements de matière. C’est le déplacement de matière qui véhicule de la chaleur et que l’on appelle le mouvement de convection.

 

Suite de l’expérience

Dans un troisième temps, la libération de chaleur continue. Le liquide rouge, en remontant, s’éloigne de la source de chaleur. Il refroidit et donc redevient plus dense. Par conséquent, il redescend au sein du bécher vers la couche initiale. Grâce à la source de chaleur, il y a donc une diminution de la densité du liquide chauffé.

 

Interprétation

Au niveau du manteau, le matériel chauffé moins dense remonte puis part sur les côtés et enfin redescend, car il redevient plus dense. Attention, ce modèle ne représente pas complètement la réalité, il retranscrit des phénomènes. La réalité est différente, notamment par le fait que les roches sont solides et que les déplacements se font à des vitesses très différentes de ce qu’on observe dans l’expérience (des millions d’années). Les relations entre les couches (manteau inférieur/supérieur) sont différentes lorsqu’on est à l’état solide par rapport à l’état liquide. Ce modèle est une bonne illustration des mouvements de convection, mais les mouvements réels ne sont pas tout à fait identiques à ce modèle analogique. 

Mouvements de convection terrestre et mouvements lithosphériques

La Terre est découpée en plaques lithosphériques qui se déplacent les unes par rapport aux autres. En  interne, on observe des mouvements de convection, c’est-à-dire des déplacements de matériaux chauds en fonction de leur densité.

Voici un schéma d’une coupe du globe terrestre pour expliquer les mouvements internes, les mouvements de surface des plaques et le lien qui existe entre les deux.

 

 

I. Mouvements de convection terrestres

 

À certains niveaux de l’asthénosphère, les roches sont particulièrement chauffées, elles deviennent peu denses et se déplacent vers la surface du globe. Ensuite, elles se déplacent latéralement et finissent par redescendre en profondeur. On l’observe sur le schéma avec la boucle de convection au sein de l’asthénosphère. Ces mouvements sont dus au fait que la Terre dégage en permanence de l’énergie donc de la chaleur. Cette chaleur est accumulée au cœur de la planète.

Ces mouvements asthénosphériques sont le moteur des mouvements des plaques lithosphériques.

 

II. Mouvements des plaques lithosphériques

 

À la surface de la Terre, on a représenté la lithosphère continentale en rouge et la lithosphère océanique en bleu.

À l’aplomb des zones où du matériel asthénosphérique remonte vers la surface, on trouve des dorsales. Il y a une fusion partielle du matériel, formation d’un magma et du volcanisme. Les dorsales sont des zones de volcans, la plupart du temps sous l’océan (dorsale Pacifique, dorsale Atlantique), au niveau d’une remontée de matériel asthénosphérique, associées à des mouvements de divergence (éloignement).

À d’autres endroits du globe, une descente de matériel asthénosphérique froid et donc dense correspond à une zone de subduction qui est une zone en surface où du matériel plonge en profondeur. Les zones de subduction sont associées à des mouvements de convergence (rapprochement).

Zones de subduction et dorsales sont chacune associées à une partie de la zone de convection.

 

III. Marges passives

 

Les frontières entre océans et continents sont des zones où les plaques sont attachées l’une à l’autre. Elles ne correspondent pas à des zones de remontée ou de descente de matériel asthénosphérique et sont donc appelées marges passives. Ces marges passives ne sont le lieu ni de volcanisme, ni de sismicité.