Fiche de révision : Tectonique des Plaques et Magmatisme

📋 Plan du Cours

1. Plaques lithosphériques et frontières actives
2. Mobilité horizontale et caractéristiques des frontières
3. Mesure GPS du mouvement des plaques
4. Dorsales océaniques : morphologie et fonctionnement
5. Témoins géologiques de la divergence océanique
6. Failles et liens avec compression et extension
7. Dorsales lentes et dorsales rapides
8. Accrétion océanique par fusion par décompression
9. Métamorphisme et réactions liées à l’hydratation
10. Subduction : déshydratation et genèse des magmas

📖 1. Plaques lithosphériques et frontières actives

🔑 Notions clés & Définitions

• Plaque lithosphérique : Une plaque lithosphérique est un grand fragment rigide formé de la croûte et du manteau lithosphérique, qui se déplace à la surface de la Terre.
• Mobilité horizontale : La mobilité horizontale désigne les mouvements des plaques principalement parallèles à la surface, donc des déplacements latéraux.
• Frontière de plaques : Une frontière de plaques est la zone où deux plaques se rencontrent et où leurs mouvements créent des phénomènes géologiques.
• Zone de divergence : Une zone de divergence est une frontière où les plaques s’écartent, favorisant la création de lithosphère nouvelle.
• Zone de convergence : Une zone de convergence est une frontière où les plaques se rapprochent, avec soit subduction soit collision.

📝 Points essentiels

• La lithosphère est découpée en plaques constituées de croûte et de manteau lithosphérique.
• Les frontières de plaques correspondent aux zones de divergence et de convergence (subduction et collision).
• Les plaques se déplacent surtout horizontalement, ce qui définit la mobilité horizontale.
• Aux dorsales (divergence), le flux thermique est important, la sismicité est présente et les roches typiques sont basalte et gabbro.
• Dans une zone de subduction (convergence), le flux thermique est important au niveau de la plaque subductante, la sismicité est présente et les roches typiques incluent andésite, diorite, rhyolite et granite.
• Dans une zone de collision (convergence), le flux thermique est faible, la sismicité est présente et les roches typiques sont du granite.

💡 Astuce mémo

Divergence = chaleur + basalte/gabbro ; Subduction = chaleur surtout sur la plaque qui plonge + roches variées ; Collision = chaleur faible + granite.

📖 2. Mobilité horizontale et caractéristiques des frontières

🔑 Notions clés & Définitions

• Mobilité horizontale des plaques : La mobilité horizontale correspond au déplacement latéral des plaques lithosphériques les unes par rapport aux autres.
• Frontière de divergence : Une frontière de divergence est une limite où les plaques s’écartent, ce qui entraîne une extension du plancher océanique.
• Dorsale océanique : Une dorsale océanique est une zone de divergence où le magma remonte et crée de la nouvelle croûte océanique.
• Faille axiale : La faille axiale est une structure localisée au niveau de la dorsale, associée à l’ouverture et à la fracturation liée à la divergence.
• Station GPS : Une station GPS est un point mesuré en temps réel dont la position varie avec le mouvement de la plaque qui la porte.

📝 Points essentiels

• Le GPS permet de quantifier le mouvement actuel des plaques lithosphériques en mesurant la position d’une station sur plusieurs années.
• Le sens et la vitesse de déplacement d’une plaque se déduisent de l’évolution de la position d’une station GPS dans le temps.
• Les vitesses de déplacement des plaques sont de l’ordre de quelques cm/an.
• Sur une dorsale, la divergence correspond à une extension (écartement) des plaques.
• Le magma remonte sous la dorsale et alimente la formation de nouvelle croûte océanique.
• La faille axiale correspond à une zone de fracturation au niveau de la dorsale, liée à l’ouverture.

💡 Astuce mémo

Dorsale = Divergence + Magma qui monte + Faille axiale (écartement).

📖 3. Mesure GPS du mouvement des plaques

🔑 Notions clés & Définitions

• Station GPS : Une station GPS est un point au sol dont la position est mesurée à intervalles réguliers sur plusieurs années.
• Déplacement de plaque : Le déplacement de plaque est le mouvement relatif d’une plaque tectonique, mesurable en direction et en vitesse.
• Vitesse de déplacement : La vitesse de déplacement est la grandeur qui exprime combien une plaque se déplace par an.
• Sens de déplacement : Le sens de déplacement correspond à la direction du mouvement de la plaque déduite des positions GPS successives.

📝 Points essentiels

• La comparaison de positions GPS sur plusieurs années permet de déduire le sens et la vitesse du déplacement d’une plaque.
• Le déplacement d’une plaque est typiquement de l’ordre de quelques cm/an.
• La méthode GPS fournit une mesure directe du mouvement actuel à l’échelle humaine, contrairement aux méthodes géologiques qui reconstituent le passé.
• Les données GPS servent à relier la cinématique des plaques à des observations géologiques plus anciennes.
• La direction du mouvement est obtenue en suivant l’évolution spatiale de la station au cours du temps.

💡 Astuce mémo

GPS = Position répétée → Vitesse (cm/an) + Sens (direction).

📖 4. Dorsales océaniques : morphologie et fonctionnement

🔑 Notions clés & Définitions

• Paléomagnétisme : Le paléomagnétisme est l’étude des enregistrements magnétiques conservés dans les roches, permettant de reconstituer l’histoire du champ terrestre lors de leur formation.
• Anomalie positive : Une anomalie positive correspond à un enregistrement magnétique de même sens que le champ actuel au moment de la formation de la roche.
• Anomalie négative : Une anomalie négative correspond à un enregistrement magnétique de sens opposé à celui du champ actuel au moment de la formation de la roche.
• Bande symétrique d’anomalies : Une bande symétrique d’anomalies est une répartition en bandes de part et d’autre de la dorsale, traduisant un motif répétitif lié aux inversions.
• Faille normale : Une faille normale est une faille associée à un contexte d’extension, où la lithosphère s’écarte.

📝 Points essentiels

• Les basaltes enregistrent le champ magnétique terrestre au moment de leur formation, ce qui permet d’identifier des inversions périodiques.
• Quand la direction enregistrée est identique au champ actuel, l’anomalie observée est positive, et elle est négative si la direction est opposée.
• Les anomalies magnétiques sont disposées en bandes symétriques et alternées de part et d’autre de la dorsale.
• Les bandes d’anomalies deviennent plus larges quand on s’éloigne de la dorsale, ce qui reflète l’histoire du mouvement.
• Les failles normales témoignent d’un contexte de divergence, tandis que les failles inverses témoignent d’un contexte de convergence.
• On distingue des dorsales lentes et des dorsales rapides, avec une activité magmatique plus réduite pour les dorsales lentes et une divergence plus directement associée à l’affleurement du manteau.

💡 Astuce mémo

Champ→roche : même sens = +, sens opposé = − ; bandes symétriques = divergence.

📖 5. Témoins géologiques de la divergence océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Dorsale océanique : Une dorsale océanique est une zone où la divergence entraîne une remontée du manteau et une production de magma par fusion partielle.
• Remontée asthénosphère : La remontée de l’asthénosphère correspond à la remontée rapide de roches mantelliques sous la dorsale, provoquant une baisse de pression.
• Fusion par décompression : La fusion par décompression est la fusion partielle des péridotites quand la pression diminue lors de la remontée mantellique.
• Péridotite : La péridotite est une roche du manteau qui peut fondre partiellement sous l’effet de la décompression, sans fusion totale.
• Lithosphère océanique : La lithosphère océanique se forme par accrétion à partir du magma issu de la fusion partielle sous la dorsale.

📝 Points essentiels

• Les forces de divergence de part et d’autre de la dorsale diminuent localement la pression sous l’axe.
• La diminution de pression s’accompagne d’une anomalie thermique du géotherme au niveau de la dorsale.
• Le géotherme de la dorsale recoupe le domaine de fusion de la péridotite quand la pression baisse.
• La péridotite asthénosphérique fond par décompression pour produire un magma, avec fusion partielle plutôt que totale.
• Le magma peut s’accumuler plus ou moins longtemps en chambre avant de se refroidir et de cristalliser rapidement.
• La cristallisation produit une association de roches comme basalte et gabbro, tandis qu’une partie de la péridotite reste non fondue et contribue à la lithosphère océanique.

💡 Astuce mémo

Divergence → décompression → péridotite fond partiellement → magma → basalte/gabbro + lithosphère océanique.

📖 6. Failles et liens avec compression et extension

🔑 Notions clés & Définitions

• Métamorphisme : Réaction chimique et transformation minéralogique qui se produit sous des conditions physico-chimiques données, modifiant la roche.
• Transformations minéralogiques périodiques et stables : Ensemble de réactions minéralogiques qui reflètent des conditions physico-chimiques stables et permettent d’inférer ces conditions à partir de la roche.
• Répartition + métamorphisme : Couplage entre la composition chimique (en % d’oxydes) et les transformations métamorphiques observées dans les roches.
• Serpentinisation : Métamorphisme d’une péridotite conduisant à la péridotite serpentinisée, avec modification de la composition minéralogique.
• Hydratation par l’eau de mer : Processus où l’eau de mer circule dans la lithosphère, s’hydrate et déclenche des réactions métamorphiques en interagissant avec les minéraux.

📝 Points essentiels

• Le métamorphisme et l’hydratation sont liés : la circulation d’eau de mer dans la lithosphère favorise l’hydratation et déclenche des réactions métamorphiques.
• Le gabbro se transforme en métagabbro, et la péridotite se transforme en péridotite serpentinisée lors des réactions métamorphiques.
• La serpentinisation correspond à une transformation métamorphique de la péridotite en péridotite serpentinisée, puis à une métapéridotite à chlorite.
• Le schéma de circulation hydrothermale relie eau de mer, basalte, gabbro et péridotite à des produits métamorphiques (métagabbro à amphibole, péridotite serpentinisée, métapéridotite à chlorite).
• La lithosphère océanique se déplace avec la dorsale, tandis que la circulation hydrothermale modifie la croûte et le manteau lithosphérique.
• Densités indiquées : asthénosphère $d=3{,}25$ et croûte océanique $d=2{,}9$ ; manteau lithosphérique $d=3{,}3$ ; température indiquée $1300°C$.

💡 Astuce mémo

Eau de mer → hydratation → métamorphisme : gabbro→métagabbro, péridotite→serpentinisée→chlorite.

📖 7. Dorsales lentes et dorsales rapides

🔑 Notions clés & Définitions

• Dorsale lente : Dorsale où la lithosphère s’éloigne lentement de l’axe, ce qui laisse plus de temps au refroidissement et au vieillissement de la plaque océanique.
• Dorsale rapide : Dorsale où l’écartement est rapide, ce qui limite le refroidissement et maintient une lithosphère plus jeune et moins dense.
• Lithosphère océanique : Couche rigide de la plaque océanique dont la densité augmente avec l’âge, jusqu’à devenir plus dense que l’asthénosphère.
• Asthénosphère : Couche sous-jacente plus chaude et moins rigide, dont la densité est prise comme référence pour comparer la flottabilité de la lithosphère.
• Subduction : Processus de convergence où une plaque océanique plonge sous une autre, favorisé quand la lithosphère océanique devient suffisamment dense.

📝 Points essentiels

• La densité de la lithosphère océanique augmente avec l’âge, car la plaque se refroidit et se densifie progressivement.
• La lithosphère océanique devient plus dense que l’asthénosphère vers 70 Ma, ce qui favorise la plongée en contexte de subduction.
• La densité de la dorsale à la subduction augmente avec l’âge, donc avec le temps de refroidissement depuis la dorsale.
• Le vieillissement de la lithosphère se traduit par une augmentation de la densité de la plaque lithosphérique et de la croûte océanique, tandis que la densité de l’asthénosphère reste prise comme référence D0.
• Comparaison densité : D1 (lithosphère/croûte) croît avec l’âge et finit par dépasser D0 (asthénosphère), ce qui change la relation de flottabilité.
• Tableau repère (valeurs du tableau source) : à 0 Ma, densité lithosphère ≈3,26 et à 70 Ma, densité lithosphère ≈3,26 (D1) contre densité asthénosphère ≈3,25 (D0).

💡 Astuce mémo

Vieillissement = densité ↑ : quand D1 dépasse D0 (≈70 Ma), la subduction devient possible.

📖 8. Accrétion océanique par fusion par décompression

🔑 Notions clés & Définitions

• Déshydratation des gabbros : Processus de perte progressive d’eau par les gabbros lors du métamorphisme en contexte de subduction.
• Zones de subduction : Environnements géologiques où une plaque plonge sous une autre, entraînant hydratation puis déshydratation des roches.
• Fusion partielle : Mécanisme de production de magma où seule une fraction de la roche source fond, le reste restant solide.
• Péridotites hydratées : Roches du manteau enrichies en eau, dont l’hydratation abaisse les conditions nécessaires à la fusion.

📝 Points essentiels

• La déshydratation progressive des gabbros libère de l’eau dans le milieu métamorphique de la zone de subduction.
• L’eau libérée favorise la fusion partielle des péridotites hydratées du coin du manteau.
• Le magma formé peut remonter et donner des roches volcaniques, ou cristalliser en profondeur pour former des roches plutoniques.
• La diversité des roches dépend du degré de fusion et de la cristallisation : basalte et gabbro sont plus pauvres en silice, andésite et diorite intermédiaires, granite et rhyolite plus riches en silice.
• Le caractère explosif du volcanisme des zones de subduction s’explique par la présence de magmas riches en silice et par leur évolution vers des compositions plus visqueuses, donc plus piégeuses des gaz.

💡 Astuce mémo

Déshydratation = eau libérée → péridotite hydratée fond partiellement → magma (volcanique ou plutonique) + roches plus ou moins riches en silice.

📖 9. Métamorphisme et réactions liées à l’hydratation

🔑 Notions clés & Définitions

• Hydratation des péridotites : Processus où l’eau s’introduit dans des roches du manteau, modifiant leurs réactions et leur capacité à fondre partiellement.
• Fusion partielle : Mécanisme de génération d’un magma où seule une fraction de la roche source fond, laissant un résidu solide.
• Cristallisation fractionnée : Évolution d’un magma où certains minéraux cristallisent puis sont retirés du liquide, changeant la composition du magma restant.
• Viscosité du magma : Propriété qui mesure la résistance à l’écoulement du magma et dépend notamment de sa teneur en silice.

📝 Points essentiels

• Dans une zone de subduction, l’eau issue du contexte hydraté favorise des réactions dans la péridotite et peut déclencher une fusion partielle.
• Le schéma type suit : péridotite + eau → fusion partielle → résidu de péridotite non fondue → cristallisation fractionnée → magma plus riche en silice.
• Les roches pauvres en silice (basalte, gabbro) correspondent à des magmas issus de compositions moins riches en SiO2, tandis que les roches riches en silice (andésite, diorite, granite, rhyolite) reflètent des magmas de
• La cristallisation fractionnée explique la diversité : un même magma peut produire des roches successivement plus riches en silice au fur et à mesure que des minéraux cristallisent.
• La teneur en silice augmente la viscosité : un magma plus visqueux remonte plus lentement, refroidit davantage et peut piéger les gaz.
• Quand l’accumulation de gaz devient trop forte, la pression peut provoquer une explosion et des coulées pyroclastiques.

💡 Astuce mémo

SiO2 ↑ ⇒ viscosité ↑ ⇒ remontée lente + refroidissement + gaz piégés ⇒ explosion possible (pyroclastiques).

📖 10. Subduction : déshydratation et genèse des magmas

🔑 Notions clés & Définitions

• Minéraux à radicaux OH : Minéraux contenant des groupes hydroxyles, qui peuvent être libérés lors de la déshydratation en subduction.
• Fusion partielle du manteau : Processus où une partie du manteau fond, produisant un magma dont la composition de départ est proche d’un basalte.
• Magma basalte : Magma issu d’un manteau initial pauvre en silice, dont la composition initiale correspond à celle d’un basalte.
• Différenciation magmatique par cristallisation : Évolution d’un magma lors du refroidissement, où les premiers cristaux formés appauvrissent le liquide en silice et en modifient la composition.
• Contamination crustale : Modification chimique d’un magma par apport de matière provenant de la fusion de roches de la croûte au contact du magma.

📝 Points essentiels

• Certains minéraux portent des groupes OH et sont absents des roches formées aux dorsales, ce qui indique une hydratation liée au contexte tectonique.
• Les magmas de subduction proviennent d’une fusion partielle du manteau initial pauvre en silice, avec une composition de départ proche d’un basalte.
• Lors de la remontée, le magma se déplace vers un milieu moins dense que la roche du manteau, ce qui favorise sa migration.
• En remontant dans la croûte, le magma peut rester piégé ou atteindre la surface selon les conditions locales.
• Au refroidissement, les minéraux les plus pauvres en silice cristallisent en premier : olivine, pyroxènes et plagioclase.
• La cristallisation des premiers minéraux (riches en Fe et Mg) modifie la composition du magma restant et explique la diversité des roches issues d’un même magma initial.

💡 Astuce mémo

OH → déshydratation : OH dans les minéraux = eau libérée en subduction, puis cristallisation en chaîne (olivine/pyroxènes/plagioclase) → magma évolue.

📊 Tableaux de synthèse

Frontières de plaques : marqueurs et roches typiques

Failles et contexte tectonique

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre divergence et convergence : la divergence correspond à l’extension et aux failles normales, la convergence à la compression et aux failles inverses.
2. Croire que le flux thermique est faible partout en convergence : il est indiqué important au niveau de la plaque subductante, et faible seulement pour la collision.
3. Mélanger les roches typiques : basalte/gabbro sont associés aux dorsales, tandis que granite est associé à la collision.
4. Penser que les anomalies magnétiques sont aléatoires : elles sont réparties en bandes symétriques et alternées de part et d’autre de la dorsale.
5. Inverser le lien densité/âge : la densité de la lithosphère océanique augmente avec l’âge et dépasse celle de l’asthénosphère vers 70 Ma.
6. Oublier que les magmas de subduction sont liés à l’eau : la fusion partielle concerne des péridotites hydratées, pas des péridotites sèches.
7. Confondre vitesse de refroidissement et type de roche : les roches volcaniques refroidissent rapidement (verre), les plutoniques lentement (cristaux plus gros).

✅ Checklist Examen

1. Définir une plaque lithosphérique (croûte + manteau lithosphérique) et expliquer la mobilité horizontale.
2. Associer divergence et convergence aux zones de frontières de plaques (dorsales, subduction, collision).
3. Compléter le tableau des marqueurs des frontières : flux thermique, sismicité et roches typiques (basalte/gabbro ; andésite/diorite/rhyolite/granite ; granite).
4. Expliquer comment le GPS permet de déterminer sens et vitesse de déplacement à partir de positions mesurées sur plusieurs années.
5. Savoir utiliser les données GPS de l’activité : ISPA sur la plaque NAZCA (lat -6.1 ; long 66.4) et COPO sur la plaque sud américaine (lat 19.7 ; long -28.5), et conclure sur le contexte de subduction.
6. Décrire la morphologie et le fonctionnement d’une dorsale : ascension du magma, divergence/extension, et rôle de la faille axiale.
7. Interpréter les témoins de la divergence : sédimentation océanique (sédiments plus épais, plus profonds, plus anciens loin de la dorsale) et volcanisme de points chauds (points chauds fixes, alignements = mouvement de la
8. Expliquer les inversions des anomalies magnétiques : paléomagnétisme, anomalies positives/négatives selon le sens du champ, bandes symétriques et plus larges loin de la dorsale.
9. Relier fracturation et tectonique : failles normales ↔ extension/divergence, failles inverses ↔ compression/convergence.
10. Comparer dorsales lentes et rapides à partir des indices du cours : activité magmatique plus réduite pour les lentes, et vitesse de divergence donnée pour les rapides (12 km/an).
11. Expliquer l’accrétion océanique : divergence → remontée asthénosphère → diminution de pression → fusion partielle (péridotite ne fond pas complètement) → magma → basalte/gabbro + lithosphère océanique.
12. Expliquer le rôle de l’eau de mer dans la lithosphère : hydratation → métamorphisme (gabbro→métagabbro ; péridotite→péridotite serpentinisée → métapéridotite à chlorite).
13. Utiliser les densités du cours pour la subduction : asthénosphère d=3,25 ; croûte océanique d=2,9 ; manteau lithosphérique d=3,3, et conclure que la lithosphère devient plus dense que l’asthénosphère vers 70 Ma.
14. Décrire la genèse des magmas de subduction : déshydratation (OH) → fusion partielle des péridotites hydratées du coin du manteau → magma pouvant être volcanique ou plutonique (en surface ou en profondeur).