Fiche de révision : Dérive des continents et paléomagnétisme

📋 Plan du Cours

1. Les arguments de Wegener
2. Plaques lithosphériques et frontières
3. Champ magnétique et mémoire des roches
4. Variations et inversions magnétiques
5. Paléomagnétisme et dérive continentale
6. Expansion des fonds océaniques
7. Mouvements absolus et actuels
8. Causes du mouvement des plaques

📖 1. Les arguments de Wegener

★ À maîtriser

• En 1912, A. Wegener formule une théorie complète de la dérive des continents à partir de plusieurs indices.

• Wegener proposait qu’à la fin de l’ère primaire, vers 270 à 250 Ma, les continents actuels formaient la Pangée, entourée par l’océan Panthalassa, puis se sont fragmentés et ont dérivé.

• Le moteur proposé par Wegener ayant été réfuté par Jeffreys, sa théorie fut rejetée avant d’être reprise dans les années 1960 grâce notamment au paléomagnétisme et à la découverte des dorsales et des zones de subduction.

Compléments

• Les indices morphologiques de Wegener comprennent la similitude des lignes de rivage, notamment entre l’Amérique du Sud et l’Afrique.

• Les indices structuraux comprennent la continuité de chaînes hercyniennes et calédoniennes formées au Paléozoïque, entre environ 500 et 250 Ma.

• Les indices paléontologiques reposent sur la répartition actuelle, sur différents continents, de grands groupes de fossiles anciens d’environ 250 Ma, contrairement aux fossiles plus jeunes.

• Les terrains houillers du Carbonifère, vers 300 Ma, indiquent des climats équatoriaux chauds et humides en Amérique du Nord, en Europe et au nord de l’Amérique du Sud.

• Les tillites du Carbonifère se trouvent aujourd’hui dans les régions suivantes :

  • Amérique du Sud
  • Afrique
  • Inde
  • Australie

• Wegener attribuait la dérive à des forces de marée dues à la rotation terrestre, en supposant que les continents légers flottaient sur le fond des océans.

📖 2. Plaques lithosphériques et frontières

🔑 Notions clés & Définitions

• Plaque lithosphérique : Un ensemble rigide formé de la croûte et du manteau supérieur superficiel, qui se déplace indépendamment des autres sur l’asthénosphère.

★ À maîtriser

• La plaque Pacifique est la plus grande et se compose uniquement de croûte océanique, tandis que les autres plaques majeures comportent des croûtes océaniques et continentales.

• Les trois types de limites de plaques sont :
  • les zones divergentes, où la lithosphère se forme aux dorsales
  • les zones convergentes, où elle disparaît par subduction ou collision
  • les failles transformantes, où les plaques coulissent horizontalement

• Lors d’une divergence continentale, l’échauffement bombe et fracture la lithosphère, l’étirement forme un rift où s’accumulent des sédiments, puis la croûte océanique se forme à la dorsale et un océan s’ouvre.

• Les résultats de la convergence dépendent des plaques en présence :

  • Deux lithosphères océaniques peuvent former des séries d’îles volcaniques.
  • Deux lithosphères continentales se soudent sans subduction.
  • Une lithosphère océanique dense plonge sous une lithosphère continentale plus légère et forme un arc volcanique

• Une faille transformante relie des segments de dorsale et permet un coulissage horizontal des plaques sans convergence ni divergence.

Compléments

• Les sept plaques majeures sont :

  • Pacifique
  • Eurasienne
  • Amérique du Nord
  • Amérique du Sud
  • Afrique
  • Australie-Inde
  • Antarctique

• Les zones divergentes présentent des séismes peu profonds et un magmatisme basaltique.

• La lithosphère océanique a une densité d’environ 3,2 et la lithosphère continentale une densité d’environ 2,9.

• La faille de San Andreas, entre les plaques Pacifique et Nord-Américaine, est un exemple de faille transformante à forte sismicité et sans volcanisme associé.

💡 Astuce mémo

Divergence : création ; convergence : disparition ; faille transformante : coulissage horizontal.

📖 3. Champ magnétique et mémoire des roches

★ À maîtriser

• Le champ magnétique terrestre est produit par les courants de convection qui brassent la partie externe liquide du noyau, lequel fonctionne comme une dynamo.

📌 L’intensité du champ magnétique s’exprime en nanoteslas, sa déclinaison est l’angle entre sa composante horizontale et le Nord géographique, et son inclinaison est l’angle entre le champ et l’horizontale, positif lorsqu’il s’enfonce dans le sol et négatif lorsqu’il en ressort.

📐 Formule - La latitude $L$ et l’inclinaison magnétique $I$ sont reliées par $\tan(I)=2\tan(L)$.

• Les minéraux ferromagnétiques concernés comprennent :
  • l’hématite
  • la magnétite
  • les oxydes de titane

• L’aimantation thermorémanente se fixe lors du refroidissement d’une roche éruptive sous la température de Curie, lorsque les minéraux ferromagnétiques s’orientent selon le champ ambiant.

Compléments

• Le champ magnétique terrestre peut être assimilé à un dipôle situé au centre de la Terre, dont l’axe est incliné d’environ 11° par rapport à l’axe de rotation terrestre.

• Les lignes de champ sortent du pôle nord magnétique, proche du pôle géographique Sud, et entrent au pôle sud magnétique, proche du pôle géographique Nord.

• La température de Curie de la magnétite est de 585 °C.

💡 Astuce mémo

Refroidissement sous le point de Curie → orientation des minéraux ferromagnétiques figée.

📖 4. Variations et inversions magnétiques

★ À maîtriser

• Les coulées émises près des dorsales peuvent avoir une aimantation de polarité normale, de même signe d’inclinaison que le champ actuel, ou une polarité inverse, de sens opposé.

Compléments

📌 Le champ magnétique varie à l’échelle de quelques années à des millénaires par des variations séculaires, et à plus long terme sur des millions d’années.

• Une inversion du champ magnétique se déroule en environ 15 000 à 20 000 ans, une durée courte à l’échelle des temps géologiques.

💡 Astuce mémo

Variations séculaires : courtes ; inversions : longues périodes géologiques.

📖 5. Paléomagnétisme et dérive continentale

★ À maîtriser

• La comparaison des trajectoires de paléopôles mesurées dans des roches continentales de même âge permet de reconstituer la position apparente du pôle magnétique pour chaque continent.

• Avant l’ouverture de l’Atlantique Nord, les trajectoires des paléopôles d’Amérique du Nord et d’Europe sont superposées, ce qui suggère que les deux continents appartenaient à un même ensemble.

Compléments

• La rotation R du bloc Amérique-Europe nécessaire pour superposer les paléopôles depuis 180 Ma revient à refermer les effets de l’ouverture de l’Atlantique Nord.

📌 La dérive apparente des pôles traduit le déplacement des continents par rapport au pôle, car il ne peut exister deux pôles sud magnétiques pour une même date.

📖 6. Expansion des fonds océaniques

★ À maîtriser

• La magnétostratigraphie établit une échelle des polarités et des âges à partir de l’étude de laves et de sédiments datés par radiochronologie.

• À la dorsale, le magma se solidifie et enregistre la polarité magnétique de l’époque ; la croûte formée s’éloigne ensuite tandis qu’une nouvelle croûte enregistre la polarité du moment.

• Les anomalies magnétiques des fonds océaniques sont symétriques de part et d’autre des dorsales, les roches les plus jeunes se trouvant près de l’axe.

📐 Formule - Dans l’Atlantique central, 7 000 km en 160 Ma correspondent à une vitesse d’expansion totale de $\frac{7000\ \text{km}}{160\ \text{Ma}} \approx 4{,}3\ \text{cm/an}$, soit environ 2,15 cm/an pour chaque bord de la dorsale.

Compléments

• Les séquences d’inversions magnétiques des fonds océaniques se lisent horizontalement, tandis que les mêmes séquences dans une ophiolite continentale se lisent verticalement, avec la roche la plus jeune au sommet.

• La croûte océanique ne dépasse pas environ 180 à 200 Ma.

💡 Astuce mémo

Un tapis roulant s’éloigne de la dorsale en emportant des bandes magnétiques symétriques.

📖 7. Mouvements absolus et actuels

🔑 Notions clés & Définitions

• Point chaud : Associé à un panache chaud profond considéré comme fixe, dont la trace sur une lithosphère mobile forme un alignement volcanique.

★ À maîtriser

📌 Un mouvement absolu décrit le déplacement d’une plaque par rapport à un repère externe considéré comme fixe sur le globe, notamment un point chaud.

• Les plaques Pacifique et Nazca, majoritairement océaniques, font partie des plaques les plus rapides.

• La vitesse d’une plaque est d’autant plus élevée qu’elle comporte des frontières de subduction, qui tireraient les plaques.

Compléments

• Les chaînes volcaniques Empereur-Hawaï et de Polynésie sont des alignements associés aux points chauds du Pacifique.

• Les plaques eurasienne et nord-américaine, qui comprennent beaucoup de lithosphère continentale, font partie des plaques les moins rapides.

📖 8. Causes du mouvement des plaques

★ À maîtriser

• La tectonique des plaques transporte la chaleur du noyau et du manteau vers la surface terrestre, dans le cadre du refroidissement de la Terre.

📌 Les modèles de convection du manteau discutés comprennent un modèle à une cellule active et un modèle à deux cellules actives.

Compléments

📌 Selon les modèles, les plaques peuvent plonger dans le manteau inférieur ou rester à la limite située vers 670 km entre le manteau supérieur et le manteau inférieur.

• Les dorsales sont liées à la convection du manteau supérieur, appauvri parce qu’il a fourni une grande partie du matériel nécessaire à la construction de la croûte continentale.

• Les basaltes des points chauds proviennent d’un manteau plus profond, indépendamment des dorsales.