Tectonique des Plaques : Structure et Dynamique de la Lithosphère

Tectonique des Plaques (Thème 8)

La Lithosphère Océanique

Techniques d'étude des fonds marins

L'étude des fonds marins utilise les méthodes suivantes :

• Sondages (ou carottages) pour identifier les roches du fond.
• Sonar pour cartographier le relief sous-marin.
• Croisières de recherche géophysique collectant des données sismiques et magnétiques.
• Submersibles spécialisés conçus pour l'observation directe et la collecte d'échantillons.

Structures sous-marines

• Le plateau continental : Prolongement immergé du continent, profondeur maximale de 200 mètres.
• La pente continentale : Forte inclinaison (jusqu'à 40%) située au bord du plateau continental.
• La plaine abyssale : Vaste domaine de faible pente constituant le fond marin profond.
• Les dorsales océaniques : Chaînes de montagnes sous-marines.
• Les îles volcaniques : (Pointes = pythons, sommet plat = guyots).
• Les fosses océaniques : Dépressions très profondes (jusqu'à 11 000 m).

Les marges continentales

Ce sont des zones de transition entre les continents et les océans. Elles sont classées comme suit :

• Marges continentales passives : Caractérisées par une faible activité sismique. Elles possèdent un plateau continental large (jusqu'à 70 km) et une pente continentale abrupte.
• Marges continentales actives : Caractérisées par une forte activité sismique. Elles présentent un talus continental avec des pentes abruptes qui se terminent souvent par des fosses océaniques (tranchées).

Composition lithologique de la lithosphère océanique

La lithosphère océanique est composée de plusieurs couches :

• Sédiments marins (provenant du continent).
• Roches ignées du sous-sol (principalement des basaltes).
• La couche inférieure est composée de roches magmatiques (gabbros) qui se sont refroidies lentement.

Les Dorsales Océaniques

Les dorsales sont des zones courbes, amincies et distendues. Elles forment des chaînes de montagnes marines continues (plus de 60 000 km).

Caractéristiques des dorsales

• Elles ne sont pas des plis, mais sont composées de matériel mantellique.
• L'élément central est une fosse profonde et plate (appelée « rift »).
• Elles présentent un relief en gradins et de multiples failles transversales.
• Elles sont le siège de nombreux séismes à foyer superficiel.

L'Expansion des Fonds Marins

Les études géophysiques révèlent plusieurs preuves :

• L'épaisseur des sédiments varie avec la distance à l'axe de la dorsale (minimum près de la dorsale, maximum près du continent).
• Il existe des anomalies magnétiques, alternant de part et d'autre de la crête, témoignant des changements de polarité magnétique terrestre.
• Les laves basaltiques sont jeunes près de la crête et plus anciennes en s'en éloignant.
• Les séismes et les volcans marins se produisent fréquemment au niveau des dorsales.
• Le flux de chaleur est élevé au niveau des crêtes et minimal au niveau des fosses océaniques.

Ces données prouvent l'expansion des fonds marins. Le matériel mantellique (magma) remonte dans la zone centrale de la dorsale (rift), sous l'effet de la fusion par décompression du manteau, et ces matériaux, en refroidissant, sont incorporés à la lithosphère océanique.

Les Points Chauds (Hotspots)

Les points chauds sont des zones du manteau où des panaches de chaleur (matériau plus chaud) s'élèvent. Lorsque ce panache atteint la lithosphère, il la fait partiellement fondre, produisant un flux de magma qui émerge. Ce phénomène crée une zone d'activité volcanique.

Les géologues ont identifié environ 100 points chauds, dont l'archipel d'Hawaï est le plus actif et le plus connu.

Structures Continentales

Dans la lithosphère continentale, on distingue deux types de zones :

• Cratons : Ce sont des domaines stables depuis plus de 500 millions d'années (Ma) qui occupent l'intérieur des continents. Ils comprennent :
  • Boucliers continentaux : Vastes régions, presque plates, qui forment la base des continents.
  • Plates-formes stables : Plaines sédimentaires recouvrant les boucliers continentaux.
• Orogènes : Zones montagneuses dérivées de la compression et de la collision des plaques.

La Dérive des Continents

Théorie proposée par Alfred Wegener au début du XXe siècle. Selon cette théorie, les continents (composés de SIAL) reposent sur un substrat (le SIMA) et se déplacent. Il y a environ 200 millions d'années, il n'y avait qu'un seul supercontinent, la Pangée, qui s'est fragmenté pour former les continents actuels et les déplacer vers leur position actuelle.

Arguments à l'appui de la théorie de Wegener

• Adaptation des formes : Les continents s'emboîtent comme les pièces d'un puzzle.
• Fossiles : Présence de faune et de flore fossiles similaires des deux côtés de l'Atlantique.
• Structures géologiques : Les axes de plissement des anciennes chaînes de montagnes se chevauchent des deux côtés de l'Atlantique (ex: l'Est de l'Afrique du Sud et l'Australie se prolongent en Argentine).

Wegener n'a cependant pas pu expliquer le mécanisme par lequel la Terre, considérée comme un corps rigide, pouvait produire de tels déplacements de grande ampleur.

La Théorie de la Tectonique des Plaques

Selon cette théorie, la lithosphère est rigide, non continue, et fracturée en blocs appelés plaques lithosphériques qui se déplacent les uns par rapport aux autres.

Principes fondamentaux

• Les plaques se déplacent par divergence, collision ou mouvements latéraux (coulissement).
• Elles se déplacent sur le manteau supérieur (asthénosphère), qui est caractérisé par des températures plus élevées et une matière plus plastique.
• Les mouvements des plaques sont à l'origine des phénomènes géologiques majeurs : séismes, éruptions volcaniques ou formation de chaînes de montagnes (cordillères).
• Les limites des plaques sont marquées par : les dorsales médio-océaniques, les fosses (tranchées) ou les crêtes.

Le mouvement des plaques est principalement dû : (i) aux courants de convection dans le manteau et (ii) au mécanisme d'aspiration dans les zones de subduction.

Les Plaques Lithosphériques Actuelles

Les plaques actuelles ont une épaisseur d'environ 70 km sous les océans et jusqu'à 120 km sous les continents. Il existe 8 plaques majeures :

• Pacifique
• Eurasie
• Afrique
• Amérique du Sud
• Amérique du Nord
• Indo-Australienne
• Nazca
• Antarctique

Ces plaques sont en mouvement constant et leur forme et leur taille évoluent.

Le Cycle de Wilson

Le Cycle de Wilson explique la redistribution des plaques à travers l'histoire de la Terre, impliquant l'ouverture et la fermeture des océans. Les étapes sont les suivantes :

1. Phase initiale : Accumulation de chaleur dans le manteau, début de la fragmentation et remontée du magma par des fractures.
2. Phase de Rift : Formation de grabens (fossés d'effondrement) avec une surface centrale plate et étagée où le magma remonte.
3. Phase d'ouverture océanique : La dépression est inondée d'eau (mer étroite).
4. Phase d'expansion océanique : L'océan s'élargit, éloignant les continents.
5. Phase de Subduction : Aux marges les plus éloignées de la dorsale, la lithosphère océanique plonge sous la plaque continentale, formant des zones de subduction et des chaînes de montagnes.
6. Phase de Supercontinent : Tous les continents entrent en collision, formant un nouveau supercontinent, et le cycle recommence.

Pourquoi les plaques se déplacent-elles ?

L'origine du mouvement des plaques est liée au flux de chaleur interne de la planète, du noyau vers la croûte. La circulation des plaques s'explique par la combinaison de deux mécanismes principaux :

• Des colonnes de matériau chaud s'élèvent du manteau profond vers la surface (cellules de convection).
• La lithosphère est « aspirée » dans les zones de subduction, en raison de la force de traction gravitationnelle exercée par le poids de la plaque plongeante (slab pull).