Géologie et Dynamique Terrestre : De l'Intérieur aux Plaques

La Structure Interne de la Terre

Composition et Méthodes d'Étude

Méthodes Directes

• Forages (max. 13 km)
• Analyse des météorites
• Analyse de la lave volcanique (matériaux de la croûte et du manteau)

Méthodes Indirectes

• Étude de la densité de la Terre (comparaison avec la densité théorique des matériaux de la croûte)
• Étude des ondes sismiques (comportement des ondes primaires et secondaires des tremblements de terre)

Pourquoi le Noyau Externe est Liquide et l'Intérieur est Solide ?

Le noyau est composé de 90 % de fer et de 10 % de nickel. La température du noyau atteint environ 5000 °C. Ces éléments sont en fusion dans le noyau externe, le rendant fluide. Cependant, au centre de la Terre, la pression est si grande que les matériaux sont dans un état solide, même si les températures sont élevées (toutes les particules sont compactées).

La Méthode Sismique

Comportement des Ondes S et P

• Ondes P (Primaires) : Facilement détectables, transmission par tous les milieux et plus rapides.
• Ondes S (Secondaires) : Se propagent uniquement dans les solides.

Plus la vitesse des ondes est élevée, plus le matériau traversé est dur et dense.

Informations fournies par la propagation des ondes sismiques

• Discontinuité de Mohorovičić (Moho) : Marque le changement brusque de vitesse des ondes S et P. Elle sépare la croûte du manteau. Elle se situe entre 6 et 12 km sous le fond océanique et entre 25 et 70 km sous le continent.
• À environ 670 km, la vitesse des ondes diminue, indiquant un espace plus fluide entre le manteau supérieur et le manteau inférieur.
• En augmentant la profondeur, la vitesse des ondes augmente, car les matériaux du manteau sont de plus en plus compactés.
• Discontinuité de Gutenberg (2900 km) : Les ondes S ne se propagent plus et les ondes P réduisent fortement leur vitesse. Elle marque la séparation entre le manteau et le noyau externe (fondu).
• Discontinuité de Lehmann (5120 km) : La vitesse des ondes P augmente. Elle sépare le noyau externe du noyau interne (solide).

Le centre de la Terre se situe à 6378 km de profondeur.

Sources de l'Énergie Interne de la Terre

• Chocs de planétésimaux : Au moment de la formation de la Terre, l'énergie de ces chocs a été conservée sous forme de chaleur.
• Désintégration radioactive : Désintégration des éléments radioactifs (Uranium et Thorium) présents dans les matériaux de la croûte, libérant de l'énergie sous forme de chaleur.

La Terre se Refroidit-elle ? Conséquences

La chaleur restante de la formation de la Terre rayonne lentement dans l'espace. Les désintégrations radioactives se poursuivent, mais l'énergie produite ne compense pas la perte de chaleur de la Terre par rayonnement.

La conséquence est que le noyau externe se solidifie progressivement, entraînant la disparition des mouvements de convection qui sont à l'origine du champ magnétique terrestre.

Alfred Wegener et la Théorie de la Dérive Continentale

Alfred Wegener était un scientifique allemand qui a présenté la théorie de la dérive des continents. Il a fourni les preuves suivantes :

1. Preuves Géographiques : Observation d'une coïncidence entre les formes des côtes des continents, suggérant qu'ils étaient unis dans le passé.
2. Preuves Paléontologiques : Des fossiles d'organismes identiques ont été retrouvés aujourd'hui à des milliers de kilomètres de distance. Ces organismes étaient incapables de traverser les océans qui séparent actuellement les continents.
3. Preuves Géologiques et Tectoniques : Les types de roches, leur chronologie et les grandes chaînes de montagnes présentent une continuité physique, formant une ceinture presque continue.
4. Preuves Paléoclimatiques : L'une des preuves majeures. Il a découvert qu'il existait des zones sur Terre dont les climats anciens ne coïncidaient pas avec les climats actuels.

La Théorie de la Tectonique Globale

Contexte et Éléments de Preuve

La théorie de Wegener a été complétée par de nouvelles études :

• Coïncidence géographique des volcans et des tremblements de terre.
• Étude du relief du fond de l'océan (fosses, dorsales, volcans).
• Le plancher océanique est formé de matériaux volcaniques.
• Les roches sont plus jeunes près de la dorsale.
• Disposition symétrique de l'âge des roches.
• Bandes magnétiques symétriques de chaque côté de la dorsale.
• Théorie de la convection du manteau.

Principes de la Tectonique des Plaques

La lithosphère est fragmentée en plaques, qui peuvent être fractionnées ou fusionnées, et qui sont en mouvement relatif continu. La théorie de la tectonique globale stipule que ce ne sont pas les continents qui se déplacent, mais les plaques tectoniques qui les contiennent.

Moteur du Mouvement

Le mouvement des plaques est généré par la convection du manteau : la chaleur réchauffe le noyau et génère des mouvements de convection dans le manteau (montée du matériau chaud et descente du matériau refroidi). Ce mouvement thermique agite la lithosphère et fracture les plaques.

Interactions des Plaques

Les plaques sont créées au niveau des dorsales médio-océaniques, où se produit l'expansion des océans lorsque les deux plaques s'écartent.

Lorsque deux plaques entrent en collision, deux choses peuvent arriver :

1. Si une plaque est continentale et l'autre océanique, la subduction se produit (la plaque océanique plonge sous le continent).
2. Si les deux plaques sont continentales, il se produit une collision (l'affrontement des continents élève le matériau, constituant les chaînes de montagnes comme l'Himalaya).

Le Cycle de Wilson : Évolution des Plaques Tectoniques

Le cycle de Wilson décrit l'évolution des plaques tectoniques dans le temps :

1. Stade du Rift : Lorsque les courants ascendants dans le manteau amincissent la lithosphère jusqu'à la briser. Cela forme des fossés ou dépressions tectoniques appelés rifts, occupés par des rivières et des lacs.
2. Stade de la Mer Rouge : Si l'activité du rift continue, une dépression océanique commence à se former et est envahie par la mer. L'activité de la dorsale primitive sépare la plaque Arabique de l'Afrique (ex: Mer Rouge).
3. Stade de la Dorsale Mature : L'océan s'élargit (ex: l'océan Atlantique). Il peut arriver un moment où la dorsale devient inactive.
4. Fragmentation et Subduction Initiale : La lithosphère se fragmente dans la zone la plus proche du continent. Lorsque l'océan est très vaste, la lithosphère rigide s'adapte mal à la courbure de la Terre et se fragmente. Les bords des continents, zones de changement de composition des matériaux, sont les plus vulnérables à la fracture.
5. Subduction et Collision Finale : La croûte océanique plonge (subduit) sous la croûte continentale et disparaît. L'océan se referme. Il arrive un moment où les deux masses continentales entrent en collision, conduisant à la fusion des deux blocs précédents.