Plaques lithosphériques : frontières et déplacements

Evaluer le déplacement des plaques lithosphériques : les mesures par satellite

Les mesures par satellite

Wegener est un scientifique qui a émis la théorie de la dérive des continents. Ce sont en fait des plaques lithosphériques qui se déplacent sur un support, et pas seulement des continents, que Wegener lui-même n’avait pas très bien identifié. En réalité, chacune des plaques qui est le plus souvent mixte (océanique et continentale) se déplace par rapport à ses voisines. On le sait depuis que l’on peut faire des mesures précises par satellite. Le principe de ces mesures est de travailler avec des satellites artificiels, (construits par l’Homme et envoyés dans l’espace à l’aide de fusées), qui se positionnent autour de la Terre et qui restent à une altitude constante. Le système le plus connu de géolocalisation (localiser des points et étudier leur déplacement) est le système GPS. Ce système GPS repose sur l’utilisation de trente satellites à altitude constante autour de la Terre. Les satellites GPS sont entre 10 et 20 000 kilomètres d’altitude au-dessus de nous. Voici un schéma qui représente les mesures réalisées par satellite :

Le principe est de connaître la position exacte d’un point mais aussi la distance qui sépare deux points (ici, deux points continentaux). Les satellites, et notamment les satellites GPS, envoient des signaux à la surface de la Terre. On mesure le temps que met le signal pour aller jusque la balise GPS à la surface et revenir au satellite. En connaissant la vitesse de ces signaux, on peut en déduire la distance qui sépare un satellite de l’ensemble des points vers lesquels il envoie des signaux. En combinant les mesures, on arrive à connaître la distance qui sépare deux points du globe. De cette façon, on est capable de dire si deux points situés sur des continents distincts ont tendance à se rapprocher, à s’éloigner ou à rester à égale distance au fur et à mesure du temps qui passe. Ces mesures satellites peuvent être faites sur une année, sur dix ans ou sur la période que l’on désire.

 

Exemple de l’éloignement progressif entre la Bretagne (en France) et l’Amérique du Nord

Les mesures satellites ont permis de déterminer que ces deux points s’éloignent d’un peu plus d’1 cm par an. De manière générale, les plaques se déplacent et, si on fait une évaluation sur une dizaine d’années, on se rend compte qu’elles se déplacent à vitesse constante les unes par rapport aux autres. Cela permet de réaliser une carte (ci-dessous) avec les déplacements des plaques les unes par rapport aux autres et la vitesse de ces déplacements.

 

Ce tableau présente un récapitulatif du mouvement des plaques. Certaines plaques se déplacent, comme par exemple la plaque africaine, mais ont tendance à tourner sur elles-mêmes, et certaines plaques, par exemple celle d’Amérique du Nord, se déplacent vers l’Ouest d’un centimètre par an. Cela confirme ce que l’on disait juste avant entre la Bretagne et l’Amérique du Nord.

Evaluer le déplacement des plaques lithosphériques : la théorie de la dérive des continents

Approche historique, avec le travail d’Alfred Wegener

Alfred Wegener un scientifique du début du XXe siècle, qui, avant même qu’on connaisse le déplacement des plaques lithosphériques, a émis ce qu’on appelle la théorie de la dérive des continents. Quels arguments ont permis à Wegener de trouver cette idée que les plaques continentales flotteraient sur quelque chose ?

 

Premier argument : observer la forme des continents et la concordance des formes des côtes. On remarque que les formes de certaines côtes sont très complémentaires. C’est le cas de la côte Est de l’Amérique du Sud et de la côte Ouest de l’Afrique. Ces formes complémentaires, comme celle des pièces d’un puzzle, ont fait penser à Wegener qu’il y a très longtemps, les continents étaient réunis en un seul bloc : la Pangée. Il se serait disloqué et les différents morceaux (les continents) se seraient éloignés au cours du temps. Il a évalué l’âge de la Pangée à environ 250 millions d’années.

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Deuxième argument : concordance des peuplements. Il s’est intéressé aux fossiles des êtres vivants qu’on trouve toujours en Afrique et en Amérique du Sud. On trouve des fossiles de restes animaux et végétaux qui montreraient qu’il y a eu les mêmes peuplements en Afrique et en Amérique du Sud. Il l’a interprété comme le fait que les deux continents étaient réunis à cette époque et que donc les espèces animales et végétales peuplaient un seul milieu qui se seraient ensuite découpé en deux morceaux continentaux qui se seraient éloignés par la suite avec la dislocation de la Pangée.

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Troisième argument : concordance des structures géologiques. Il s’agit d’étudier des structures, par exemple des gros ensembles de roches très vieux, qu’on appelle des boucliers. Ils sont très vieux, jusqu’à 2 milliards d’années, à peu près l’âge de la Terre qui a 4 milliards d’années. Il a observé une continuité entre les boucliers africains et les boucliers sud-américains. On voit sur cette carte que deux petits morceaux des boucliers africains se trouveraient aujourd’hui sur le continent sud-américain.

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Wegener, grâce à ces arguments ainsi qu’à d’autres arguments, est devenu le père de la théorie de la dérive des continents. A partir du super continent la Pangée, ces continents se seraient disloqués et déplacés en flottant sur quelque chose qu’il n’avait pas su identifier.

La théorie de Wegener sur la dérive des continents n’a pas été admise tout de suite par la communauté scientifique. Il faudra plus de quarante ans pour qu’on se ré-intéresse à ses idées et que l’on aboutisse finalement au fait que les plaques lithosphériques se déplacent les unes par rapport aux autres. Ces plaques lithosphériques, à la différence avec les continents de Wegener, sont des ensembles à la fois continentaux et océaniques dont on a observé une certaine mobilité : des déplacements les unes par rapport aux autres.

Les frontières des plaques lithosphériques : les dorsales

La surface de la Terre est découpée en un certain nombre de plaques lithosphériques. Ces plaques peuvent soit se rapprocher l’une de l’autre au niveau des frontières (convergence), soit s’éloigner l’une de l’autre (divergence), soit coulisser l’une par rapport à l’autre.

Les dorsales sont des zones de divergence lithosphérique.

 

I. Exemple de la dorsale médio-atlantique

 

Cette dorsale se trouve au milieu de l’océan Atlantique, elle est principalement immergée, à plusieurs milliers de mètres sous l’eau. Il s’agit d’une chaîne de montagnes et de volcans.

 

 

Mais il existe une zone où cette dorsale émerge, en Islande. Sur cette carte, on retrouve son tracé qui sépare le pays en une zone à l’ouest et une zone à l’est. On constate la présence de nombreux volcans. C’est une zone de fort volcanisme et il y a aussi quelques séismes. Par GPS, on mesure que les deux parties de l’Islande (est et ouest) s’éloignent de quelques millimètres à quelques centimètres par an.

 

II. Fonctionnement de la dorsale médio-atlantique

 

On a représenté sur ce schéma la partie centrale de la dorsale. On n’a pas représenté l’eau : on se trouve soit au niveau de l’Islande en terre émergée, soit en profondeur, au fond de l’océan Atlantique.

 

 

On peut repérer l’axe de la dorsale qui coupe ce schéma en deux parties quasiment symétriques. Cet axe est une frontière de plaques (entre une plaque à l’ouest et une plaque à l’est).

Au niveau de l’axe de la dorsale, en profondeur à plusieurs kilomètres, on trouve une zone de fusion au niveau du manteau supérieur. C’est une zone où les roches (péridotites) vont fondre partiellement.

En fondant, elles donnent naissance à un magma chaud et peu dense. Il va avoir tendance à remonter vers la surface, au niveau de l’axe de la dorsale. En remontant, le magma refroidit et donne naissance à de nouvelles roches de nature magmatique : le basalte plutôt vers la surface et le gabbro en profondeur.  Cette dorsale donne naissance à des roches qui forment la croûte océanique, quasiment en continu.

Cette limite de plaque est une limite de divergence : c’est-à-dire que la plaque à l’ouest a tendance à s’éloigner de la plaque à l’est. Cette divergence lithosphérique, accompagnée de production de basalte et gabbro, permet la création de croûte océanique au fur et à mesure de son fonctionnement. Les deux plaques s’éloignent l’une de l’autre à la vitesse de 0,5 à 4 cm/an de façon continue.

Les frontières des plaques lithosphériques : les zones de subduction

La surface de la Terre est découpée en un certain nombre de plaques lithosphériques. Ces plaques peuvent soit se rapprocher l’une de l’autre au niveau des frontières (convergence), soit s’éloigner l’une de l’autre (divergence), soit coulisser l’une par rapport à l’autre.

Les zones de subduction sont des zones de convergence lithosphérique.

 

I. Exemple d’une zone de subduction en Amérique du Sud

 

En Amérique du Sud, il y a deux plaques au contact l’une de l’autre : une plaque avec l’océan Pacifique qui s’appelle la plaque de Nazca et une plaque avec l’Amérique du Sud.

 

 

Avec une représentation 3D de cette zone, on remarque une fosse océanique. Elle peut être de plusieurs milliers de mètres de profondeur. Au niveau continental, il y a une zone de montagnes et de volcans qu’on appelle cordillère. Ici, il s’agit de la cordillère des Andes.

 

II. Fonctionnement de cette zone de subduction

 

Sur ce schéma, on explique comment la plaque de Nazca (à l’ouest) plonge sous la plaque continentale de l’Amérique du Sud (à l’est).

 

 

La plaque de Nazca est composée d’une lithosphère océanique : la croûte océanique et le manteau supérieur dessous. Cette lithosphère océanique plonge en partie sous la lithosphère continentale car elle est très dense.

À la frontière de ces deux plaques, il y a la fosse océanique qui peut être très profonde. Au niveau de la croûte continentale (bien plus épaisse que la croute océanique), il y a une zone montagneuse et volcanique. Il s’agit de la cordillère des Andes. Il y a des manifestations de volcanisme dans cette région à cause d’une fusion partielle des roches en profondeur.

Cette fusion partielle des roches est notamment due à une libération d’eau par la plaque qui plonge (car elle en avait accumulé au cours de son déplacement dans l’océan Pacifique). Cette libération d’eau favorise la fusion des roches dans la plaque chevauchante (la plaque de l’Amérique du Sud).

Cette fusion donne naissance à un magma qui correspond à de la roche fondue. Ce magma chaud et peu dense remonte vers la surface et peut soit refroidir juste sous la surface, soit donner naissance à des éruptions volcaniques en surface avec des émissions de lave très visqueuse (volcanisme explosif).

La friction des deux plaques donne également naissance à des séismes. Une zone de subduction se reconnaît par de nombreux séismes alignés le long de la plaque plongeante, ressentis en surface. Elle se reconnaît aussi à l’émission d’un certain volcanisme explosif et à la forme du relief avec une fosse à côté d’une zone de montagne. Ici, on a représenté la subduction d’une plaque océanique sous une plaque continentale, mais dans d’autres régions du monde, on peut aussi constater la subduction d’une plaque océanique sous une autre plaque océanique.