Fiche de révision : Introduction à la tectonique des plaques

📋 Plan du Cours

1. Anomalies magnétiques et expansion océanique
2. Données sédimentaires et divergence des plaques
3. Volcanisme de points chauds et déplacement des plaques
4. Modèle cinématique NUVEL1 des plaques
5. Géodésie spatiale et mesures satellitaires
6. Modèle MORVEL et vitesses de plaques
7. Dorsales : marqueurs des frontières divergentes
8. Fosses et arcs volcaniques des subductions
9. Reliefs et roches des collisions continentales

📖 1. Anomalies magnétiques et expansion océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Anomalies magnétiques : Phénomènes mesurés sur le plancher océanique où l’intensité du champ magnétique diffère de la valeur attendue.
• Paléomagnétisme : Domaine qui reconstitue l’histoire du champ magnétique terrestre à partir de l’aimantation enregistrée dans les roches.
• Inversions magnétiques : Changements de polarité du champ magnétique terrestre sur des échelles de temps géologiques.
• Anomalie positive : Type d’anomalie où l’intensité du champ magnétique mesurée est plus élevée que la valeur attendue.
• Anomalie négative : Type d’anomalie où l’intensité du champ magnétique mesurée est plus faible que la valeur attendue.

📝 Points essentiels

• Les basaltes riches en magnétite peuvent conserver une trace du champ magnétique au moment de leur formation.
• Les relevés au plancher océanique montrent des anomalies positives ou négatives selon les zones.
• Les anomalies sont symétriques par rapport à l’axe de la dorsale.
• Les anomalies peuvent être mises en correspondance avec le calendrier des inversions magnétiques.
• L’âge du plancher océanique augmente en s’éloignant de la dorsale, ce qui prouve une expansion à partir de son axe.
• La vitesse d’expansion (en cm/an) se déduit de l’âge des basaltes et permet d’obtenir la vitesse de divergence des plaques.

💡 Astuce mémo

Symétrie dorsale + âge qui augmente = expansion depuis l’axe.

📖 2. Données sédimentaires et divergence des plaques

🔑 Notions clés & Définitions

• Données sédimentaires : Enregistrements d’épaisseur et d’âge des sédiments océaniques utilisés pour contraindre la vitesse d’écartement des plaques.
• Carottage Joides : Programme de campagnes de carottage qui fournit des mesures d’épaisseur et d’âge des sédiments au voisinage du basalte.
• Âge des sédiments : Date relative des dépôts sédimentaires, utilisée pour relier la distance à la dorsale à la vitesse d’expansion.
• Épaisseur des sédiments : Mesure de la hauteur totale de dépôts accumulés sur le plancher océanique.

📝 Points essentiels

• Les sédiments océaniques proviennent du dépôt de restes d’organismes et de particules transportées par les fleuves.
• Les campagnes de carottage Joides montrent une symétrie de l’épaisseur des sédiments de part et d’autre de la dorsale.
• L’âge des sédiments au contact direct du basalte augmente avec la distance à l’axe de la dorsale.
• La symétrie et la croissance de l’âge avec l’éloignement indiquent un éloignement progressif depuis la dorsale.
• Ces données permettent de calculer la vitesse de divergence des plaques.
• La divergence se déduit de la relation distance–âge observée sur le plancher océanique.

💡 Astuce mémo

Plus loin de la dorsale = plus vieux et plus épais (symétrie de part et d’autre).

📖 3. Volcanisme de points chauds et déplacement des plaques

🔑 Notions clés & Définitions

• Volcanisme de points chauds : Volcanisme intraplaque formant des alignements dont l’âge augmente avec l’éloignement du volcan le plus récent.
• Point chaud : Zone fixe du manteau profond d’où provient un panache de matériel chaud alimentant des magmas.
• Alignements intraplaque : Chaînes d’édifices volcaniques situés loin des frontières de plaques.
• Trace du déplacement : Alignement volcanique utilisé comme indicateur du mouvement horizontal de la plaque au-dessus d’un point fixe.

📝 Points essentiels

• Des alignements d’appareils volcaniques intraplaque sont observés loin des frontières de plaques.
• L’âge des volcans augmente régulièrement le long de l’alignement.
• Le volcan actuellement actif se situe à l’extrémité la plus jeune de l’alignement.
• Les points chauds proviennent d’un panache de matériel chaud issu d’une région fixe du manteau profond.
• Les magmas perforent épisodiquement la plaque lithosphérique qui dérive au-dessus du point chaud.
• L’alignement permet de déterminer la direction et la vitesse de déplacement de la plaque au-dessus du repère fixe.

💡 Astuce mémo

Point chaud fixe → la plaque “emporte” les volcans : âge croissant dans le sens du déplacement.

📖 4. Modèle cinématique NUVEL1 des plaques

🔑 Notions clés & Définitions

• NUVEL1 : Première carte cinématique à 12 plaques qui décrit vitesses et directions de déplacement des principales plaques lithosphériques.
• Carte cinématique : Représentation des mouvements des plaques exprimés par des vitesses et des directions.
• Plaques lithosphériques : Blocs rigides de la lithosphère qui se déplacent horizontalement les uns par rapport aux autres.
• Vitesse de déplacement : Mesure de la rapidité du mouvement des plaques, associée à une direction sur la carte cinématique.

📝 Points essentiels

• Les données géologiques ont permis d’établir NUVEL1 en 1990.
• NUVEL1 est une carte cinématique à 12 plaques.
• NUVEL1 décrit la vitesse et la direction de déplacement des principales plaques.
• NUVEL1 couvre une période allant de 3 à 5 millions d’années.
• NUVEL1 sert de base pour construire des modèles plus récents intégrant des mesures satellitaires.
• NUVEL1 vise à quantifier la mobilité horizontale des plaques à l’échelle des temps géologiques récents.

💡 Astuce mémo

NUVEL1 = 12 plaques, 1990, vitesses + directions (3–5 Ma).

📖 5. Géodésie spatiale et mesures satellitaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Géodésie spatiale : Ensemble des méthodes qui utilisent des observations depuis l’espace pour mesurer précisément les positions et mouvements à la surface.
• Mesures satellitaires : Observations réalisées par des satellites géodésiques pour suivre des balises sur les plaques lithosphériques.
• Balises géodésiques : Points suivis à la surface dont la position (longitude, latitude, altitude) est mesurée au cours du temps.
• Déplacements relatifs : Mouvements d’une plaque par rapport à une autre, déduits de la combinaison des trajectoires observées.

📝 Points essentiels

• Des satellites géodésiques en orbite envoient des signaux vers la surface pour suivre des balises.
• Les coordonnées des balises (longitude, latitude, altitude) sont mesurées en continu avec une grande précision.
• La précision annoncée est inférieure au millimètre.
• À partir des positions successives, on calcule des vitesses de déplacement absolu.
• Les mouvements relatifs entre plaques se déduisent des déplacements absolus.
• Les frontières peuvent montrer divergence, convergence, ou coulissage selon le type de contact.

💡 Astuce mémo

Satellite → balise → coordonnées précises → vitesses → divergence/convergence/coulissage.

📖 6. Modèle MORVEL et vitesses de plaques

🔑 Notions clés & Définitions

• MORVEL : Modèle cinématique élaboré en 2012 qui combine données géologiques et mesures géodésiques pour décrire les vitesses des plaques.
• Modèle cinématique : Cadre qui fournit vitesses et directions de déplacement des plaques à partir de données observées.
• Concordance 90% : Résultat indiquant que les vitesses issues des données géologiques et des mesures géodésiques coïncident à 90%.
• Plaques rigides : Hypothèse de modélisation où les plaques sont traitées comme des blocs peu déformables.

📝 Points essentiels

• En comparant géologie et géodésie, on observe une concordance de 90%.
• Une nouvelle carte cinématique a été élaborée en 2012.
• Le modèle MORVEL utilise les données de NUVEL1 et celles des satellites.
• MORVEL comprend au moins 25 plaques rigides.
• MORVEL sert à quantifier les vitesses de déplacement des plaques à l’époque actuelle et sur des périodes couvertes par les données.
• La combinaison des deux types de données renforce la cohérence des vitesses estimées.

💡 Astuce mémo

Géologie vs satellites : 90% de concordance → MORVEL (2012) avec ≥25 plaques.

📖 7. Dorsales : marqueurs des frontières divergentes

🔑 Notions clés & Définitions

• Dorsales : Reliefs sous-marins associés aux frontières divergentes où deux plaques s’écartent.
• Rift : Vallée centrale d’une dorsale, souvent découpée par des failles transverses.
• Flux géothermique : Quantité de chaleur transportée depuis l’intérieur vers la surface, utilisée comme indicateur thermique.
• Croûte océanique : Couche de la lithosphère océanique composée notamment de basaltes en surface et de gabbros en profondeur.
• Activité sismique : Ensemble des manifestations de séismes associées à la dynamique des frontières de plaques.

📝 Points essentiels

• Les frontières divergentes sont caractérisées par des reliefs appelés dorsales.
• Les dorsales parcourent l’ensemble des océans sur une longueur totale de 64 000 km.
• Elles sont des reliefs sous-marins positifs avec une hauteur moyenne de 2500 m.
• Une vallée centrale (le rift) est présente et son axe est décalé par de nombreuses failles transverses.
• Le flux géothermique y est toujours plus élevé qu’ailleurs, signe d’un excès de chaleur sous le relief.
• Les dorsales sont constituées de roches de croûte océanique : basaltes en surface (volcanisme effusif) et gabbros en profondeur, avec une activité sismique importante.

💡 Astuce mémo

Dorsale = rift + failles + chaleur + basaltes/gabbros + séismes.

📖 8. Fosses et arcs volcaniques des subductions

🔑 Notions clés & Définitions

• Subduction : Processus de convergence où une plaque plonge sous une autre, entraînant une forte activité géologique.
• Fosse océanique : Dépression profonde longeant une frontière de subduction, associée à une activité sismique importante.
• Arc volcanique : Alignement de volcans formé en arrière d’une fosse lors de la subduction.
• Volcanisme explosif : Type d’activité volcanique associé aux subductions, lié à la nature des magmas et au contexte tectonique.
• Roches magmatiques : Roches issues de la fusion partielle et rencontrées dans les zones de subduction, dont andésite, rhyolite et granodiorite.

📝 Points essentiels

• Les frontières convergentes impliquant une plaque océanique sont marquées par une fosse océanique profonde.
• La fosse des Mariannes atteint jusqu’à 11 000 m de profondeur.
• Une fosse océanique longe la frontière de subduction.
• À l’arrière de la fosse, on observe des volcans alignés parallèlement à la fosse.
• Le volcanisme associé est explosif.
• Les roches rencontrées sont magmatiques : andésite, rhyolite et granodiorite, avec un flux géothermique plus faible au niveau de la fosse mais plus élevé au niveau de l’alignement volcanique.

💡 Astuce mémo

Subduction = fosse très profonde + arc volcanique parallèle + explosif.

📖 9. Reliefs et roches des collisions continentales

🔑 Notions clés & Définitions

• Collision continentale : Convergence entre deux plaques continentales qui produit de grands reliefs et une activité géologique marquée.
• Reliefs de collision : Montagnes formées lors de la collision entre deux masses continentales en convergence.
• Roches métamorphiques : Roches transformées par les conditions de pression et température lors de la collision.
• Roches sédimentaires marines : Dépôts marins incorporés dans les séries rocheuses associées aux zones de collision continentale.
• Flux géothermique faible : Caractéristique thermique des zones de collision continentale décrite comme inférieure à la moyenne.

📝 Points essentiels

• Dans le cas d’une collision continentale, la frontière délimite deux plaques continentales en convergence.
• La collision est marquée par de hauts reliefs, avec des exemples cités : Alpes et Himalaya.
• Le flux géothermique y est faible.
• Les roches magmatiques associées sont du type granite.
• Les roches métamorphiques citées sont des gneiss.
• On trouve aussi des roches sédimentaires marines dans le contexte de collision.

💡 Astuce mémo

Collision continentale = Alpes/Himalaya + flux faible + granite + gneiss + sédiments marins.

📅 Repères chronologiques

📊 Tableaux de synthèse

Types de frontières convergentes

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre anomalies positives et négatives : l’une correspond à une intensité plus élevée que la valeur attendue, l’autre à une intensité plus faible.
2. Croire que l’âge du plancher océanique est maximal près de la dorsale : il augmente en s’éloignant de l’axe.
3. Penser que les points chauds sont situés sur une frontière de plaque : ils sont décrits comme intraplaques, loin des frontières.
4. Mélanger NUVEL1 et MORVEL : NUVEL1 est la première carte (1990) tandis que MORVEL (2012) combine NUVEL1 et les satellites.
5. Oublier que les dorsales ont à la fois un rift et un flux géothermique élevé, et qu’elles sont associées à basaltes en surface et gabbros en profondeur.

✅ Checklist Examen

1. Expliquer comment les anomalies magnétiques symétriques par rapport à la dorsale permettent d’inférer l’expansion océanique et la vitesse de divergence.
2. Décrire ce que montrent les données sédimentaires (symétrie et augmentation de l’âge avec la distance à la dorsale) et comment elles servent à calculer la divergence.
3. Relier volcanisme de points chauds, âge croissant des volcans et détermination de la direction/vitesse de déplacement de la plaque.
4. Donner les caractéristiques de NUVEL1 : 12 plaques, année 1990, vitesses et directions sur 3 à 5 millions d’années.
5. Décrire le principe des mesures satellitaires : balises suivies en continu, précision < millimètre, calcul de vitesses absolues et déduction des mouvements relatifs.
6. Présenter MORVEL : concordance 90%, élaboration en 2012, combinaison NUVEL1 + satellites, et nombre minimal de plaques rigides.
7. Lister les marqueurs d’une dorsale : longueur totale 64 000 km, hauteur moyenne 2500 m, rift et failles transverses, flux géothermique élevé, basaltes/gabbros, séismes.
8. Distinguer subduction océanique : fosse profonde (jusqu’à 11 000 m), volcans parallèles à la fosse, volcanisme explosif, roches andésite/rhyolite/granodiorite, flux géothermique plus faible à la fosse mais plus élevé à l
9. Distinguer collision continentale : reliefs (Alpes, Himalaya), flux géothermique faible, granite, gneiss, roches sédimentaires marines.