Fiche de révision : Dynamique interne de la Terre

📋 Plan du Cours

1. Contrastes entre continents et océans
2. Roches des croûtes terrestres
3. Ondes sismiques et structure interne
4. Enveloppes et discontinuités terrestres
5. Énergie thermique terrestre
6. Indices de la tectonique des plaques
7. Dorsales et expansion océanique
8. Formation et évolution océanique
9. Subduction et métamorphisme
10. Magmatisme des zones de subduction
11. Collision et épaississement crustal

📖 1. Contrastes entre continents et océans

🔑 Notions clés & Définitions

• SIAL : Zones continentales riches en silicium et en aluminium.
• SIAM : Zones océaniques riches en silicium et en magnésium.

★ À maîtriser

• La courbe de distribution des altitudes présente deux niveaux principaux : environ +700 m pour les plaines émergées et −4 500 m pour les plaines sous-marines.

Compléments

• En 1910, le météorologue allemand Alfred Wegener parle de « dérive des continents ».

💡 Astuce mémo

SIAL continental, SIAM océanique

📖 2. Roches des croûtes terrestres

★ À maîtriser

• La croûte continentale est caractérisée par le granite et des roches de la famille des granitoïdes, de nature magmatique plutonique.

• Le granite refroidit lentement en profondeur et possède une structure grenue composée de gros cristaux.

📌 Le basalte et le gabbro proviennent d’un même magma basaltique et ont la même composition chimique, mais le basalte se forme en surface tandis que le gabbro se forme en profondeur.

Compléments

• Les principaux minéraux du granite sont :

  • le feldspath orthose
  • la biotite
  • le quartz

• Le basalte possède une structure microlithique et contient du verre, des microlites et quelques phénocristaux, tandis que le gabbro possède une structure grenue constituée uniquement de phénocristaux.

💡 Astuce mémo

Granite et gabbro refroidissent en profondeur, basalte en surface

📖 3. Ondes sismiques et structure interne

🔑 Notions clés & Définitions

• Épicentre : Point de la surface situé à la verticale du foyer, où les dégâts sont les plus importants.

★ À maîtriser

• Lors d’un séisme, une rupture en profondeur au foyer libère une énergie qui se propage sous forme d’ondes sismiques et peut être enregistrée en surface par des sismographes ou des sismomètres.

📌 Les ondes P sont les plus rapides, provoquent des compressions et décompressions dans leur direction de propagation et se déplacent dans les solides comme dans les liquides.

📌 Les ondes S arrivent après les ondes P, déplacent les matériaux perpendiculairement à leur propagation et ne se déplacent que dans les solides.

Compléments

• Les ondes L se déplacent dans les couches superficielles du globe, sont les moins rapides et provoquent le plus de dégâts.

• Les ondes sismiques changent de direction et de vitesse lorsqu’elles rencontrent des roches de nature différente, ce qui renseigne sur leur état, leur densité et leur composition chimique.

💡 Astuce mémo

P compriment, S cisaille, L secouent la surface

📖 4. Enveloppes et discontinuités terrestres

★ À maîtriser

• Le modèle sismique PREM, ou modèle radial, décrit la structure interne de la Terre en fonction de la profondeur à partir de la propagation des ondes sismiques.

• La zone d’ombre sismique située entre 98° et 145° du foyer n’enregistre aucune onde P directe et met en évidence le noyau externe à 2 900 km de profondeur.

• La croûte terrestre représente 1 % du volume du globe, le manteau 83 % et le noyau 16 %.

• Le Moho, découvert par Mohorovicic en 1909, sépare la croûte terrestre du manteau.

📌 La lithosphère située au-dessus de la zone de faible vitesse est cassante lorsque les péridotites sont à moins de 1 300 °C, tandis que les péridotites de la LVZ, entre 100 et 250 km de profondeur, sont ductiles au-dessus de 1 300 °C.

📌 Le noyau externe, liquide, s’étend de 2 900 à 5 100 km et a une densité de 9,5 à 11,5, tandis que le noyau interne solide s’étend de 5 100 à 6 400 km et a une densité de 12,5.

Compléments

• Le noyau est composé essentiellement de fer à 80 % et de nickel à 20 %.

• La croûte continentale mesure de 30 km sous les plateaux à 70 km sous les chaînes de montagnes et sa densité est de 2,7.

• La croûte océanique mesure de 5 à 10 km d’épaisseur, a une densité de 2,9 et est constituée de basalte et de gabbro.

• Le manteau lithosphérique s’étend de 5 ou 30 km à 70 ou 150 km de profondeur, a une densité de 3,3 et est constitué de péridotite.

• Le manteau asthénosphérique s’étend de 70 ou 150 km à 700 km de profondeur, a une densité de 3,25 et est constitué de péridotite.

• Le manteau inférieur s’étend de 700 à 2 900 km, a une densité de 5,5 et est constitué de péridotite.

💡 Astuce mémo

Croûte–Moho–manteau–Gutenberg–noyau–Lehmann

📖 5. Énergie thermique terrestre

🔑 Notions clés & Définitions

• Géothermie : Science qui étudie les phénomènes thermiques internes de la Terre et les techniques d’exploitation de cette source d’énergie.
• Flux géothermique : Le flux géothermique mesure la quantité d’énergie thermique libérée par les roches et a une valeur moyenne de 70·10⁻³ mW·m⁻².

★ À maîtriser

• Le gradient géothermique exprime la variation de la température en fonction de la profondeur ; il est de 30 °C par km dans la croûte et de 1 °C par km dans le manteau.

• L’énergie interne terrestre provient de : la chaleur initiale de l’accrétion, la cristallisation du fer dans le noyau externe, la désintégration d’éléments radioactifs dans la croûte et le manteau

📌 La conduction transfère la chaleur par agitation d’atomes proches sans déplacement de matière, tandis que la convection transfère la chaleur par déplacement vertical de matière.

• Dans une cellule de convection, le matériel chaud et peu dense remonte tandis que le matériel froid et plus dense descend ; la convection est le mode de transfert thermique le plus efficace.

Compléments

• La chaleur initiale, emmagasinée lors de la formation de la Terre par accrétion de météorites, se dissipe depuis 4,5 milliards d’années.

• Les éléments radioactifs cités sont :

  • l’uranium 235U
  • l’uranium 238U
  • le thorium 232Th
  • le potassium 40K

• Le manteau produit les deux tiers de la chaleur radioactive terrestre et la croûte en produit un tiers, car le manteau est beaucoup plus volumineux.

📌 Le flux géothermique est supérieur à la moyenne dans les régions volcaniques, notamment aux dorsales et aux points chauds, et inférieur à la moyenne dans les zones de subduction et les marges passives.

• Dans le manteau, le matériel chaud remonte aux dorsales et contribue à la formation de lithosphère océanique, tandis que le matériel froid plonge dans l’asthénosphère au niveau des zones de subduction.

💡 Astuce mémo

La chaleur interne engendre un flux qui remonte vers la surface

📖 6. Indices de la tectonique des plaques

★ À maîtriser

• En 1968, Xavier Le Pichon divise le globe en six plaques lithosphériques et calcule leurs mouvements relatifs.

📌 Les plaques divergent aux dorsales, convergent aux zones de subduction et de collision, et coulissent aux failles transformantes.

• Le flux thermique mesuré à l’aplomb des dorsales est trois fois plus élevé que celui des plaines et diminue en s’éloignant de la dorsale.

• Les anomalies magnétiques océaniques forment des bandes positives et négatives symétriques, parallèles à l’axe des dorsales, révélant un écartement similaire de part et d’autre.

• Les sédiments océaniques les plus anciens se trouvent près des marges passives et les plus récents près des dorsales, d’après les âges déterminés par les microfossiles.

Compléments

• La plate-forme continentale, peu profonde et pouvant atteindre 200 m, prolonge le continent en mer et est bordée par le talus continental ; ces zones constituent les marges passives.

• Les plaines abyssales ont une profondeur moyenne de 4 000 m et les dorsales océaniques s’élèvent de 1 500 à 2 000 m au-dessus de ces plaines.

• Les points chauds sont des remontées d’origine mantellique situées à l’intérieur d’une plaque, indépendantes de son mouvement ; l’alignement volcanique d’Hawaï illustre ce phénomène.

• En 2010, le système GPS, précis au millimètre, confirme le déplacement des plaques lithosphériques.

💡 Astuce mémo

Des bandes magnétiques en peau de zèbre encadrent la dorsale

📖 7. Dorsales et expansion océanique

★ À maîtriser

• Les dorsales océaniques sont des reliefs larges de 2 000 à 3 000 m, dont les crêtes culminent à 2 500 m, et se situent à la frontière de plaques divergentes.

• Les failles normales et les fissures à l’axe des dorsales témoignent de l’extension, tandis que les failles transformantes permettent le coulissement horizontal de morceaux de plaques.

• La lithosphère océanique se forme par accrétion à l’axe des dorsales, puis la nouvelle lithosphère repousse de chaque côté la lithosphère plus ancienne.

📌 Les dorsales rapides ont une vitesse d’expansion de 5 à 12 cm/an, tandis que les dorsales lentes ont une vitesse de 1 à 4 cm/an et une activité magmatique plus faible.

• La lithosphère océanique comprend, de la profondeur vers la surface :
  • les péridotites
  • les gabbros
  • les basaltes

Compléments

📌 Les péridotites et les gabbros sont des roches plutoniques grenues à phénocristaux, tandis que les basaltes sont des roches volcaniques microlithiques contenant des microlites et du verre.

💡 Astuce mémo

Dorsales rapides, magmatisme fort ; dorsales lentes, magmatisme faible

📖 8. Formation et évolution océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Métamorphisme hydrothermal : Transformations minéralogiques dues à l’hydratation des roches par la circulation d’eau de mer dans les fissures.

★ À maîtriser

• À l’axe des dorsales, la divergence entraîne la remontée des péridotites asthénosphériques, leur décompression adiabatique à température relativement constante, puis leur fusion partielle.

• La fusion partielle ne concerne que 5 à 15 % de la péridotite et le liquide produit s’accumule dans une chambre magmatique.

📌 Le magma refroidi en surface forme le basalte, tandis que le magma refroidi en profondeur dans la chambre magmatique forme le gabbro.

• En s’éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit, s’hydrate et s’épaissit par augmentation du manteau lithosphérique, tandis que l’épaisseur de la croûte océanique reste constante.

📌 La densité de la croûte océanique est de 2,9, celle du manteau lithosphérique de 3,3 et celle du manteau asthénosphérique de 3,25 ; lorsque la densité globale de la lithosphère océanique dépasse 3,25, elle s’enfonce dans l’asthénosphère.

Compléments

• Une péridotite remontant d’environ 160 km vers 100 km atteint une température de l’ordre de 1 300 °C et entre en fusion partielle.

• La péridotite résiduelle après fusion partielle a une composition différente de la péridotite initiale et constitue le manteau lithosphérique.

• Aux dorsales lentes, l’activité magmatique peut être si faible que le manteau affleure directement en surface.

• La circulation hydrothermale hydrate les pyroxènes du basalte et du gabbro, qui deviennent des hornblendes ou amphiboles, et hydrate l’olivine des péridotites, qui devient de la serpentine.

📌 L’enfoncement initial de la lithosphère océanique est appelé subsidence, puis son plongement dans le manteau asthénosphérique est appelé subduction.

💡 Astuce mémo

Décompression, fusion partielle, accrétion, refroidissement

📖 9. Subduction et métamorphisme

🔑 Notions clés & Définitions

• Plan de Wadati-Benioff : Plan défini par la répartition des foyers sismiques et révélant le plongement de la lithosphère océanique sous une autre lithosphère.

★ À maîtriser

• Au cours de la subduction, les minéraux des roches de la lithosphère océanique subissent un métamorphisme et perdent progressivement leur eau.

• Au cours de la subduction, les métagabbros évoluent vers les faciès des schistes verts, caractérisés notamment par la chlorite, puis des schistes bleus, caractérisés par le glaucophane.

• À la fin de la subduction, les conditions de pression et de température conduisent à la formation d’éclogites constituées de jadéite et de grenat, deux minéraux anhydres.

Compléments

• À environ 50 km de profondeur, la quasi-totalité de l’eau contenue dans les roches subductées est libérée dans le manteau.

💡 Astuce mémo

Schistes verts, schistes bleus, éclogites

📖 10. Magmatisme des zones de subduction

★ À maîtriser

• L’eau libérée par les roches subductées hydrate le manteau lithosphérique de la plaque chevauchante et abaisse le solidus des péridotites.

• Entre 100 et 150 km de profondeur, la péridotite hydratée entre en fusion partielle à hauteur de 5 à 15 % et produit le magma des zones de subduction.

• Le volcanisme des zones de subduction est explosif et produit des laves souvent visqueuses, riches en silice et associées à des gaz, ainsi que des nuées ardentes et des écoulements pyroclastiques.

• Le magma de subduction remonte dans la plaque chevauchante ; une partie atteint la surface et forme des roches volcaniques, tandis que la majorité reste en profondeur et forme des roches plutoniques.

Compléments

• Les roches volcaniques de subduction sont l’andésite et la rhyolite, tandis que les roches plutoniques sont le granite et la diorite.

• L’andésite est plus riche en silice et en eau que le basalte des dorsales.

• La différenciation magmatique résulte d’une cristallisation fractionnée : les minéraux pauvres en silice cristallisent d’abord en profondeur, puis les magmas résiduels plus riches en silice peuvent être contaminés par la croûte continentale.

💡 Astuce mémo

L’eau abaisse le solidus, la péridotite fond partiellement et produit du magma

📖 11. Collision et épaississement crustal

★ À maîtriser

• La collision continentale épaissit la croûte, dont l’épaisseur atteint 30 à 70 km dans les chaînes de montagnes.

• Les ophiolites sont des associations de roches de lithosphère océanique, notamment basaltes, gabbros et péridotites, conservées dans les chaînes de montagnes.

• La convergence plisse les roches continentales, les déforme par des failles inverses et peut produire des chevauchements qui déplacent des roches sur plusieurs kilomètres au-dessus d’autres roches.

Compléments

• Dans les Alpes, des ophiolites et des roches contenant du glaucophane ou du grenat témoignent respectivement d’un ancien océan et de phénomènes de subduction.

• Les plis enregistrent le raccourcissement et l’épaississement des roches lors de la convergence continentale.

💡 Astuce mémo

Fermeture océanique, collision, plis et chevauchements