Fiche de révision : Dynamique des plaques et formation océanique

📋 Plan du Cours

1. Formation nouvelle lithosphère
2. Magma et roches magmatiques
3. Métamorphisme lithosphère
4. Zones de subduction
5. Transformations métamorphiques
6. Mécanisme subduction
7. Effets de la subduction
8. Mouvements des plaques

📖 1. Formation nouvelle lithosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• Formation de la nouvelle lithosphère au niveau d’une dorsale par divergence : Processus où la lithosphère se crée et s’épaissit à la dorsale océanique grâce à la divergence des plaques, permettant la montée de magma et la formation de nouvelle croûte océanique.
• Amincissement de la lithosphère et remontée de l’asthénosphère lors de la divergence : Lors de la divergence, la lithosphère s’amincit, ce qui entraîne la remontée de l’asthénosphère sous-jacente, favorisant la décompression du manteau.
• Création de magma par décompression dans le manteau asthénosphérique : La décompression du manteau asthénosphérique lors de la divergence provoque la fusion partielle, générant du magma qui forme la nouvelle croûte océanique.
• Refroidissement rapide du magma en surface formant le basalte : Le magma qui atteint la surface se refroidit rapidement, donnant naissance à des roches volcaniques comme le basalte.
• Refroidissement lent du magma sous la dorsale formant les gabbros : Le magma qui se refroidit lentement dans la croûte en formation forme des roches plutoniques comme les gabbros.
• Péridotite au-dessus de l’asthénosphère ne fondant pas malgré la décompression : La péridotite située au-dessus de l’asthénosphère, à environ 1300°C, ne fond pas en raison de sa température trop basse, constituant la partie inférieure de la lithosphère (voir aussi "la légitimité" en section 3).

📝 Points essentiels

• La formation de la lithosphère océanique débute au niveau d’une dorsale par divergence des plaques, entraînant un amincissement de la lithosphère et une remontée de l’asthénosphère.
• La décompression du manteau asthénosphérique lors de cette divergence provoque la fusion partielle du magma, qui remonte vers la surface.
• Le magma refroidit rapidement en surface, formant du basalte, ou lentement sous la dorsale, donnant des gabbros.
• La péridotite située au-dessus de l’asthénosphère ne fond pas malgré la décompression, ce qui explique la composition de la partie inférieure de la lithosphère.
• Dans les dorsales lentes, l’activité magmatique est plus réduite, et la divergence peut directement faire affleurer le manteau.

💡 À retenir

La formation de la nouvelle lithosphère au niveau d’une dorsale repose sur la divergence des plaques, la décompression du manteau, et le refroidissement différencié du magma, permettant la création continue de croûte océanique.

📖 2. Magma et roches magmatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Origine du magma dans le manteau asthénosphérique par décompression : Lors de la divergence des plaques au niveau d’une dorsale, l’amincissement de la lithosphère provoque une baisse de pression dans le manteau asthénosphérique, entraînant la décompression du péridotite et sa fusion partielle, à l’origine du magma (bilan 1).

• Différences de refroidissement du magma conduisant à basalte et gabbros : Le magma qui atteint la surface se refroidit rapidement, formant du basalte, tandis que celui qui se refroidit lentement sous la dorsale donne naissance aux gabbros (bilan 1).

• Roches magmatiques formant la nouvelle croûte océanique : La croûte océanique se constitue principalement de roches magmatiques, notamment le basalte et les gabbros, issus du refroidissement du magma dans le contexte de la divergence des plaques (bilan 1).

• Activité magmatique réduite dans les dorsales lentes exposant le manteau : Dans certaines dorsales à divergence lente, l’activité magmatique est moins importante, ce qui permet au manteau asthénosphérique de s’affleurer directement, limitant la formation de magma (bilan 1).

📝 Points essentiels

• La formation de la nouvelle lithosphère océanique débute par la décompression du manteau asthénosphérique lors de la divergence des plaques, ce qui provoque la fusion partielle du péridotite et la génération de magma (bilan 1).

• La différence de vitesse de refroidissement du magma détermine la nature des roches magmatiques : refroidissement rapide en surface pour le basalte, refroidissement lent sous la dorsale pour les gabbros (bilan 1).

• La croûte océanique est principalement composée de roches magmatiques issues de ce processus, formant la nouvelle surface océanique (bilan 1).

• Dans les dorsales lentes, l’activité magmatique est moindre, exposant directement le manteau asthénosphérique, ce qui limite la production de magma (bilan 1).

• Le métamorphisme d’hydratation, observé à distance des dorsales, modifie la lithosphère en transformant les gabbros en métagabbros, notamment en faciès schiste verte, par circulation d’eau à basse pression et basse température (bilan 2).

💡 À retenir

L’origine du magma dans le manteau asthénosphérique par décompression, combinée aux différences de refroidissement, explique la formation de la croûte océanique composée principalement de basaltes et gabbros, avec une activité magmatique variable selon la vitesse de divergence des dorsales.

📖 3. Métamorphisme lithosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• Métamorphisme d’hydratation à basse pression et basse température : transformation des roches océaniques en raison de la circulation d’eau lors de leur éloignement de la dorsale, modifiant leur composition minéralogique sans changement de pression ou température élevés. (Source : bilan 2)

• Transformation du gabbro en métagabbro à hornblende puis en métagabbro de faciès schiste verte : processus métamorphique où le gabbro, roche magmatique, se transforme en métagabbro à hornblende, puis en métagabbro de faciès schiste verte, par hydratation et augmentation de pression lors de l’éloignement de la dorsale. (Source : bilan 2)

• Épaississement et densification de la lithosphère par refroidissement : processus où la lithosphère, en s’éloignant de la dorsale, s’épaissit et devient plus dense en raison de son refroidissement progressif. (Source : bilan 1)

📝 Points essentiels

• Lors de l’éloignement de la dorsale, les roches de la lithosphère océanique subissent un métamorphisme d’hydratation à basse pression et basse température, grâce à la circulation d’eau, ce qui modifie leur minéralogie (bilan 2). La hornblende apparaît en premier, puis le métagabbro évolue vers un faciès schiste verte, avec la chlorite en minéral dominant à terme.

• La transformation du gabbro en métagabbro à hornblende, puis en métagabbro de faciès schiste verte, illustre cette évolution métamorphique progressive liée à la distance de la dorsale (bilan 2).

• La lithosphère s’épaissit et se densifie à cause du refroidissement, ce qui contribue à la métamorphose et à la stabilisation de la croûte océanique éloignée de la dorsale (bilan 1).

• Ces processus métamorphiques sont liés à la circulation d’eau, à la pression relativement faible, et à la température modérée, caractéristiques du métamorphisme d’hydratation (bilan 2).

💡 À retenir

Le métamorphisme d’hydratation à basse pression et basse température, associé à l’éloignement de la dorsale, entraîne la transformation progressive des roches océaniques, notamment du gabbro, en métagabbro de faciès schiste verte, tout en épaississant et densifiant la lithosphère par refroidissement.

📖 4. Zones de subduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Plongement d’une lithosphère océanique froide et dense : processus par lequel une lithosphère océanique, plus froide et plus lourde que l’asthénosphère, s’enfonce sous une autre plaque lors d’une zone de convergence, formant une zone de subduction.
• Formation d’une fosse océanique profonde : dépression située au niveau de la marge entre l’océan et le continent, résultant du plongement de la lithosphère océanique dans le manteau.
• Plan de Wadati-Benioff (date : 1930s) : plan incliné de foyers sismiques s’étendant de 5 à 700 km de profondeur, correspondant à la zone de subduction où se concentre la sismicité liée au plongement de la lithosphère.
• Inclinaison des isothermes liée à la lithosphère plongeante : déviation des lignes de température dans la zone de subduction, indiquant que la lithosphère s’enfonce en apportant du matériel plus froid en profondeur.
• Volcanisme explosif au niveau de la croûte continentale chevauchante : activité volcanique violente située au-dessus de la zone de subduction, non expliquée par une remontée de matériel chaud du manteau, mais liée aux processus métamorphiques et à la libération d’eau lors du métamorphisme (voir section 6).

📝 Points essentiels

• La subduction se caractérise par le plongement d’une lithosphère océanique froide et dense sous une autre plaque, formant une fosse océanique profonde au niveau de la marge océan-continent.
• Le plan de Wadati-Benioff, plan incliné de foyers sismiques, s’étend de 5 à 700 km de profondeur, témoignant de la plongée de la lithosphère dans le manteau.
• L’inclinaison des isothermes dans la zone de subduction traduit la descente de la lithosphère, apportant du matériel plus froid en profondeur.
• Le volcanisme explosif observé au niveau de la croûte continentale chevauchante n’est pas dû à une remontée de matériel chaud, mais à des processus métamorphiques et à la libération d’eau lors du métamorphisme (voir section 6).
• La subduction est un moteur essentiel du mouvement des plaques, influençant leur vitesse (ex : plaque Philippines forte subduction, déplacement rapide) (voir section 6).

💡 À retenir

La zone de subduction est un processus dynamique où une lithosphère océanique froide et dense s’enfonce sous une autre plaque, créant une fosse océanique profonde, un plan de foyers sismiques en plan incliné, et un volcanisme explosif lié aux processus métamorphiques, sans remontée de matériel chaud du manteau.

📖 5. Transformations métamorphiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Transformation métamorphique des métagabbros de faciès schiste vert en métagabbro à glaucophane (faciès schiste bleu) : processus de métamorphisme sous haute pression en zone de subduction, où le gabbro initial se transforme en métagabbro contenant de la glaucophane, un minéral bleu caractéristique (voir bilan 4).
• Transformation en métagabbro jadéite et grenat (faciès glaucophane) : étape avancée du métamorphisme sous haute pression, où le métagabbro à glaucophane évolue en métagabbro contenant de la jadéite et du grenat, témoignant d’un degré supérieur de métamorphisme (voir bilan 4).
• Libération d’eau lors du métamorphisme en zone de subduction : phénomène où la transformation des roches métamorphiques libère de l’eau, facilitant la fusion partielle des péridotites du manteau de la plaque chevauchante (voir bilan 4).
• Hydratation des péridotites du manteau de la plaque chevauchante entraînant fusion partielle : absorption d’eau par la péridotite hydratée, ce qui réduit son point de fusion et provoque une fusion partielle, générant du magma (voir bilan 4).
• Formation de magma à l’origine du volcanisme de la plaque chevauchante : magma issu de la fusion partielle des péridotites hydratées, remontant vers la surface pour former des volcans (voir bilan 4).
• Formation de roches granitiques par refroidissement du magma issu de la subduction : refroidissement du magma en surface ou en profondeur, donnant naissance à des roches granitiques, notamment le granite (voir bilan 4).

📝 Points essentiels

• Lors du métamorphisme en zone de subduction, les métagabbros de faciès schiste vert se transforment successivement en métagabbro à glaucophane (faciès schiste bleu) puis en métagabbro jadéite et grenat (faciès glaucophane), sous haute pression (voir bilan 4).
• Ce processus métamorphique s’accompagne d’une libération d’eau, qui remonte dans le manteau de la plaque chevauchante, entraînant une fusion partielle des péridotites hydratées.
• La fusion partielle génère du magma qui remonte et peut donner naissance à des roches volcaniques ou granitiques après refroidissement (voir bilan 4).
• La transformation des métagabbros témoigne de conditions de pression et de température croissantes lors de la subduction, favorisant la formation de minéraux spécifiques comme la glaucophane, la jadéite et le grenat.
• La vitesse de déplacement des plaques influence la dynamique de la subduction et la profondeur des foyers sismiques (voir section 6).

💡 À retenir

Les métagabbros subissent une série de transformations sous haute pression lors de la subduction, libérant de l’eau qui favorise la fusion partielle du manteau, à l’origine du magma et du volcanisme associé.

📖 6. Mécanisme subduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Subduction : Plongement d’une lithosphère océanique froide et dense sous une autre plaque, généralement continentale ou océanique, en zone de convergence. (source : bilan 4)
• Vitesse de déplacement des plaques : La rapidité avec laquelle une plaque tectonique se déplace, influencée par la présence ou l’absence de subduction. (source : bilan 5)
• Relation entre subduction et vitesse : La présence de zones de subduction est corrélée à une vitesse de déplacement plus élevée des plaques, comme illustré par la plaque Philippines (~8 cm/an) avec forte subduction, contre la plaque africaine (~2 cm/an) avec faible subduction. (source : bilan 5)

📝 Points essentiels

• La subduction est un moteur majeur du mouvement des plaques, en particulier dans les zones de convergence où une lithosphère océanique froide et dense s’enfonce sous une autre plaque.
• La vitesse de déplacement des plaques est directement liée à la présence de subduction : une forte subduction (ex : plaque Philippines) entraîne un déplacement rapide (~8 cm/an), tandis qu’une faible subduction (ex : plaque africaine) correspond à un déplacement lent (~2 cm/an).
• La subduction provoque la disparition progressive de la lithosphère océanique, ce qui conduit à un rapprochement des continents, leur collision et la formation de chaînes de montagnes.
• Lors de la subduction, la lithosphère plongeante subit une augmentation de pression, entraînant des métamorphismes (ex : métagabbros à glaucophane, jadéite, grenat) et la libération d’eau, qui favorise la fusion partielle du manteau de la plaque chevauchante, générant du magma et du volcanisme.
• Les preuves de la subduction incluent la présence de plis, failles inverses, et nappes de charriage, ainsi que le plan de Wadati-Benioff des foyers sismiques s’étendant jusqu’à 700 km de profondeur.

💡 À retenir

La subduction agit comme un moteur essentiel du mouvement des plaques tectoniques, sa vitesse étant directement liée à la présence ou non de zones de subduction, ce qui influence la dynamique globale de la tectonique des plaques.

📖 7. Effets de la subduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Disparition progressive de la lithosphère océanique par subduction : processus par lequel une plaque océanique froide et dense s’enfonce sous une autre plaque, entraînant sa disparition et la réduction des océans (voir section 4).
• Rapprochement des continents conduisant à une collision : lorsque la lithosphère océanique disparaît, les continents situés de part et d’autre se rapprochent, menant à une collision continentale (voir bilan 5).
• Épaississement crustal en surface et en profondeur formant une racine crustale : accumulation de matière lors de la collision, créant une croûte épaissie et une racine crustale en profondeur, typique des chaînes de montagnes (voir bilan 5).
• Formation de chaînes de montagnes par collision : résultat de la convergence des continents, où la croûte s’épaissit et se déforme, formant des reliefs montagneux (voir bilan 5).
• Indices tectoniques de la collision : plis ductiles, failles inverses, chevauchements et nappes de charriage : signes géologiques témoignant du processus de collision, observés dans les terrains (voir bilan 5).

📝 Points essentiels

• La subduction entraîne une disparition progressive de la lithosphère océanique, ce qui réduit la taille des océans et rapproche les continents, provoquant leur collision (voir bilan 5).
• Lors de cette collision, un épaississement crustal se produit en surface et en profondeur, formant une racine crustale, souvent visible dans les chaînes de montagnes (voir bilan 5).
• La présence d’indices tectoniques tels que plis ductiles, failles inverses, chevauchements et nappes de charriage constitue des preuves du processus de collision (voir bilan 5).
• La subduction est un moteur essentiel du mouvement des plaques, influençant la dynamique globale de la tectonique des plaques (voir section 6).

💡 À retenir

La subduction provoque la disparition de la lithosphère océanique, favorise le rapprochement des continents, et conduit à la formation de chaînes de montagnes, avec des signes tectoniques témoins de cette collision.

📖 8. Mouvements des plaques

🔑 Notions clés & Définitions

• Mouvements de divergence : Mouvements où deux plaques s’éloignent l’une de l’autre, entraînant l’amincissement de la lithosphère et la remontée de l’asthénosphère, responsables de la formation de nouvelle lithosphère (voir section 1).
• Mouvements de convergence : Mouvements où deux plaques se dirigent l’une vers l’autre, pouvant conduire à la subduction d’une plaque océanique sous une autre ou à une collision continentale (voir section 2).
• Subduction : Phénomène de plongée d’une lithosphère océanique froide et dense sous une autre plaque, associé à la formation d’une fosse océanique, à des séismes profonds (plan de Wadati-Benioff) et à un volcanisme explosif (voir section 4).
• Lien entre subduction et dynamique globale : La subduction agit comme un moteur du mouvement des plaques, influençant leur vitesse et leur configuration globale, notamment par la disparition progressive de la lithosphère océanique et la collision continentale (voir section 6 et 7).
• Mouvements de divergence et formation de nouvelle lithosphère : Lors de divergence, la remontée de magma dans le manteau asthénosphérique crée de la nouvelle croûte océanique, processus central à la dynamique des dorsales (voir bilan 1).
• Collision et épaississement crustal : La convergence, notamment lors de la disparition de la lithosphère océanique, favorise la collision continentale, la formation de chaînes de montagnes et l’épaississement crustal (voir bilan 5).

📝 Points essentiels

• La divergence des plaques entraîne la création de nouvelle lithosphère au niveau des dorsales, avec un processus de décompression du magma qui forme le basalte en surface et les gabbros en profondeur (voir bilan 1).
• La subduction est caractérisée par le plongement d’une lithosphère froide et dense sous une autre plaque, formant une fosse océanique, avec un plan de Wadati-Benioff où se concentrent les séismes profonds (5 à 700 km) (voir bilan 3).
• La subduction modifie la lithosphère en profondeur par métamorphisme, notamment la transformation des métagabbros en métagabbros à glaucophane, puis jadéite et grenat, accompagnée de la libération d’eau, qui favorise la fusion partielle du manteau de la plaque chevauchante (voir bilan 4).
• La vitesse de déplacement des plaques est liée à la présence ou absence de subduction : par exemple, la plaque Philippines, avec une forte subduction, se déplace rapidement (~8 cm/an), tandis que la plaque africaine, avec peu de subduction, se déplace lentement (~2 cm/an) (voir bilan 5).
• La disparition progressive de la lithosphère océanique par subduction entraîne la convergence des continents, la collision et la formation de chaînes de montagnes, avec des indices tectoniques tels que plis, failles inverses et nappes de charriage (voir bilan 5).

💡 À retenir

Les mouvements de divergence créent de la nouvelle lithosphère, tandis que la convergence, notamment par subduction, conduit à la disparition de cette lithosphère océanique, favorisant la collision continentale et la dynamique globale des plaques tectoniques.

📊 Tableaux de Synthèse

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confondre la formation de la croûte océanique avec celle de la croûte continentale, notamment en raison de la composition magmatique.
2. Assimiler systématiquement le refroidissement rapide du magma à la formation de gabbros, alors qu'il peut aussi former du basalte à la surface.
3. Confondre métamorphisme d’hydratation et métamorphisme thermique, en particulier leur contexte et leurs effets.
4. Croire que la péridotite fond lors de la divergence, alors qu’elle reste solide à cause de sa température stable.
5. Confondre la zone de subduction avec une simple plongée, en oubliant le plan de Wadati-Benioff et ses séismes profonds.
6. Négliger l’impact de la circulation d’eau dans la métamorphose des roches en zone de subduction.
7. Confondre la divergence des plaques avec la convergence, notamment dans la formation de la lithosphère.
8. Omettre la différence entre la vitesse de divergence lente et rapide, qui influence l’activité magmatique.

✅ Checklist Examen

1. Connaître la définition de la formation de la nouvelle lithosphère selon la divergence des plaques (notamment la contribution de la théorie de la tectonique des plaques).
2. Expliquer le processus de décompression du manteau asthénosphérique lors de la formation de la croûte océanique.
3. Identifier les roches magmatiques principales formant la croûte océanique : basaltes et gabbros.
4. Décrire le processus de refroidissement du magma en surface et sous la dorsale, et ses implications pour la nature des roches.
5. Connaître la théorie de la formation de la lithosphère selon Perroux ou d’autres auteurs clés.
6. Expliquer le métamorphisme d’hydratation à basse pression et basse température, en lien avec la transformation du gabbro en métagabbro.
7. Identifier les processus d’épaississement et de densification de la lithosphère lors de son éloignement de la dorsale.
8. Définir le processus de plongement d’une lithosphère océanique dans une zone de subduction.
9. Connaître la structure du plan de Wadati-Benioff et son importance dans la compréhension des zones de subduction.
10. Expliquer l’impact de la circulation d’eau dans la métamorphose des roches en zone de subduction.
11. Savoir différencier la divergence lente et rapide des dorsales, notamment en termes d’activité magmatique.
12. Maîtriser le mécanisme de formation de la croûte océanique et ses principales étapes.