Découpage en plaques lithosphériques
La lithosphère terrestre est découpée en 14 plaques principales, rigides, indéformables et calmes, qui se déplacent horizontalement au-dessus de l’asthénosphère.
Plaques lithosphériques principales
Ce sont les 14 plaques principales qui constituent la lithosphère, caractérisées par leur rigidité et leur mouvement indépendant.
Plaques rigides et indéformables
Les plaques lithosphériques sont considérées comme rigides et peu déformables, ce qui leur permet de se déplacer sans se déformer de manière significative.
Frontières des plaques
Zones où deux plaques lithosphériques entrent en contact, plus ou moins actives, avec des caractéristiques spécifiques selon leur type (divergence, convergence, collision).
Dorsales en divergence
Frontières en divergence où deux plaques s’éloignent l’une de l’autre, marquées par une activité magmatique constante, flux géothermique important, volcanisme effusif, et production de roches magmatiques sombres (basaltes, gabbros).
Fosses océaniques en convergence
Frontières en convergence où deux plaques se rapprochent, souvent avec subduction, caractérisées par une sismicité importante, flux géothermique faible au niveau de la fosse, mais élevé en arrière, et volcanisme explosif avec production de roches claires (andésite, rhyolite, granite).
Les plaques lithosphériques, rigides et indéformables, se déplacent horizontalement au-dessus de l’asthénosphère, formant des frontières actives en divergence ou convergence, responsables de la majorité des phénomènes géologiques observés à la surface de la Terre.
Frontières en divergence : Frontières où deux plaques s’éloignent l’une de l’autre, marquées par une sismicité superficielle faible, un flux géothermique important lié à une activité magmatique remontant du manteau, et la production de roches magmatiques sombres comme le basalte et le gabbro (croûte océanique).
Flux géothermique lié aux dorsales : Quantité d’énergie géothermique émise par unité de surface et de temps, dépendant du gradient géothermique et de la conductivité thermique des roches. Il est élevé aux dorsales, où la remontée de matériel chaud est associée à une activité magmatique, et faible dans les zones stables.
Volcanisme effusif et roches magmatiques sombre : Volcanisme caractérisé par une éruption de lave fluide, produisant principalement des roches sombres comme le basalte et le gabbro, typique des dorsales en divergence.
Frontières en convergence : Zones où deux plaques se rapprochent, souvent associées à une sismicité importante, notamment aux fosses océaniques, avec un flux géothermique faible au niveau de la fosse et fort dans l’arc volcanique en arrière, lié à un volcanisme explosif et à la production de roches claires telles que l’andésite, rhyolite, granodiorite, granite.
Sismicité importante aux fosses : Sismicité élevée le long des fosses océaniques, correspondant à la subduction de la lithosphère océanique froide sous une autre plaque, avec un plan de Wadati-Benioff marqué par une sismicité profonde.
Volcanisme explosif et roches claires : Volcanisme associé à la subduction, caractérisé par des éruptions violentes, produisant des roches magmatiques claires comme l’andésite, rhyolite, granodiorite, et granite, résultant de magmas riches en SiO₂ et en eau.
Les frontières en divergence sont caractérisées par une sismicité superficielle faible, un flux géothermique élevé, et la production de roches magmatiques sombres (basalte, gabbro). La remontée de matériel chaud du manteau provoque la formation de croûte océanique.
Les frontières en convergence comprennent deux types principaux : celles où la lithosphère océanique plonge sous une autre plaque (fosses océaniques) et celles où deux croûtes continentales entrent en collision (chaînes de montagnes). La sismicité y est importante, avec un plan de Wadati-Benioff pour la subduction.
Aux fosses océaniques, le flux géothermique est faible dans la fosse, mais augmente dans l’arc volcanique en arrière, où se produit un volcanisme explosif avec des roches claires.
La production de roches magmatiques sombres est liée au volcanisme effusif en divergence, tandis que le volcanisme explosif en convergence produit des roches claires.
La sismicité est un marqueur clé des zones de subduction, avec une sismicité importante selon le plan de Wadati-Benioff.
Les frontières en divergence sont marquées par une activité magmatique effusive et la formation de roches sombres, tandis que les frontières en convergence, notamment aux fosses, se caractérisent par un volcanisme explosif, une sismicité importante, et la production de roches claires. Ces différences reflètent la nature des processus géologiques en jeu à chaque type de frontière.
Flux géothermique : Quantité d'énergie géothermique émise par unité de surface et de temps, exprimée en W.m-2. Il dépend du gradient géothermique et de la conductivité thermique des roches.
Activité magmatique : Remontée de matériel chaud provenant du manteau ou de la croûte, donnant lieu à la formation de roches magmatiques et à des phénomènes volcaniques.
Remontée de matériel chaud : Mécanisme par lequel du magma ou du matériel chaud du manteau remonte vers la surface, souvent associé à une activité magmatique intense.
Flux géothermique élevé aux dorsales et points chauds : Zones où le flux géothermique est important, en raison de la remontée de matériel chaud ou de l'activité magmatique, notamment aux dorsales océaniques et points chauds.
Flux géothermique faible dans les zones stables : Zones où le flux géothermique est faible, généralement dans les régions de croûte continentale ou océanique stable, où aucune remontée significative de matériel chaud ne se produit.
Le flux géothermique, variable selon la localisation, reflète l’activité magmatique et la remontée de matériel chaud, étant particulièrement élevé aux dorsales et points chauds, et faible dans les zones stables.
Anomalies magnétiques | Variations du champ magnétique terrestre enregistrées dans les roches magmatiques, caractérisées par des anomalies positives ou négatives selon leur orientation par rapport au champ actuel. | (source)
Inversions du champ magnétique | Changements de la polarité du champ magnétique terrestre au cours du temps géologique, entraînant une aimantation inversée des roches magmatiques lors de leur formation. | (source)
Anomalies magnétiques symétriques | Répartition des anomalies magnétiques de part et d’autre de la dorsale océanique, présentant une symétrie qui témoigne de l’expansion océanique. | (source)
Expansion océanique | Processus d’agrandissement de l’océan par divergence des plaques, confirmé par la répartition symétrique des anomalies magnétiques et l’épaississement des sédiments. | (source)
Sédiments océaniques | Roches accumulées au fond des océans, dont l’épaisseur et l’âge augmentent avec la distance à la dorsale, attestant de l’éloignement progressif de cette dernière. | (source)
Âge croissant éloigné de la dorsale | Observation que les sédiments et roches basaltiques deviennent plus anciens à mesure qu’on s’éloigne de la dorsale océanique, confirmant l’expansion océanique. | (source)
Volcanisme de point chaud | Remontée fixe et profonde du manteau qui donne naissance à un magma, formant un volcan au-dessus du point chaud, dont l’alignement témoigne du déplacement de la plaque. | (source)
Les anomalies magnétiques symétriques et la croissance progressive de l’âge des sédiments océaniques éloignés de la dorsale constituent des preuves directes de l’expansion océanique et du déplacement des plaques, tandis que le volcanisme de point chaud permet de suivre leur déplacement en ligne.
Champ magnétique terrestre
AUTEUR (date) : Le champ magnétique terrestre est caractérisé par sa direction (lignes de force N-S) et son intensité (en tesla). Il émet un champ géomagnétique qui varie au cours du temps géologique, avec des inversions fréquentes.
Magnétisation des roches magmatiques
AUTEUR (date) : Lors du refroidissement du magma, les roches magmatiques comme le basalte s’aimantent selon le champ magnétique ambiant (orientation de ses cristaux de fer magnétiques, notamment la magnétite). Cette aimantation reflète le champ paléomagnétique de l’époque de formation.
Anomalies positives et négatives
AUTEUR (date) :
Répartition symétrique des anomalies magnétiques
AUTEUR (date) : La distribution symétrique des anomalies magnétiques de part et d’autre de la dorsale océanique témoigne de l’expansion océanique, avec des bandes d’anomalies alignées de chaque côté de la dorsale, indiquant un déplacement passés des plaques.
Les anomalies magnétiques, en répartition symétrique de part et d’autre des dorsales, constituent une preuve directe de l’expansion océanique et du déplacement des plaques lithosphériques, en enregistrant les inversions du champ magnétique terrestre au cours du temps.
Sédiments océaniques : Accumulations de particules et de débris provenant de l’érosion, de la décomposition de matières organiques ou de l’activité volcanique, qui se déposent au fond des océans. Leur épaisseur et leur âge augmentent avec la distance par rapport à la dorsale océanique, attestant de l’expansion océanique (voir section 4).
Forages océaniques : Techniques de prélèvement de roches et sédiments au fond des océans permettant d’accéder aux couches de croûte océanique (basaltes) et aux sédiments accumulés. Ces forages révèlent que la distance de la dorsale correspond à une augmentation de l’épaisseur et de l’âge des sédiments, confirmant l’expansion océanique.
Âge des sédiments : Durée écoulée depuis leur formation, qui augmente avec la distance à la dorsale océanique. Plus un sédiment est éloigné de la dorsale, plus il est ancien, ce qui indique que la croûte océanique se forme à la dorsale et s’éloigne en s’épaississant de façon progressive.
Vitesse de divergence des plaques : Calculée à partir de la datation des sédiments et des anomalies magnétiques, elle correspond à la rapidité avec laquelle deux plaques s’éloignent l’une de l’autre. Elle est déterminée en mesurant l’épaisseur et l’âge des sédiments ou la distance entre anomalies magnétiques symétriques, permettant d’évaluer la vitesse d’expansion océanique.
Les sédiments océaniques, en s’épaississant et en vieillissant avec la distance à la dorsale, fournissent des preuves directes de l’expansion océanique et permettent de calculer la vitesse de divergence des plaques lithosphériques.
Volcanisme de point chaud : Phénomène résultant d'une remontée fixe et profonde du manteau solide, qui subit une décompression pour donner naissance à un magma capable de perforer la plaque lithosphérique et former un volcan. La remontée est considérée comme fixe, tandis que la plaque se déplace au-dessus (source : contenu source).
Remontée fixe de magma : Mouvements de matériel chaud provenant du manteau, qui restent immobiles dans le temps et l’espace, permettant la formation de volcans alignés selon la direction du déplacement de la plaque lithosphérique. La fixité de cette remontée est essentielle pour l’organisation des alignements volcaniques (source : contenu source).
Alignement des volcans et déplacement de plaques : La configuration en ligne de volcans formés par un point chaud fixe, dont l’orientation et la datation permettent de déduire la direction et la vitesse de déplacement de la plaque lithosphérique au-dessus. La datation des édifices volcaniques et leur position relative révèlent ainsi le mouvement de la plaque (source : contenu source).
Géodésie spatiale : Discipline qui utilise des techniques de mesure modernes, notamment le GPS, pour déterminer précisément la position des points à la surface de la Terre et suivre leurs déplacements dans le temps.
GPS (Global Positioning System) : Système de géopositionnement par satellites permettant un suivi continu et précis des positions en latitude et longitude de balises ou stations, facilitant la mesure des mouvements actuels des plaques tectoniques.
Vitesse de déplacement absolu : Vitesse à laquelle une plaque tectonique se déplace par rapport à un cadre fixe, généralement mesurée en centimètres par an grâce au GPS.
Vitesse de déplacement relatif : Vitesse de déplacement entre deux plaques ou deux points situés sur des plaques différentes, calculée à partir des mesures GPS et exprimée en centimètres par an.
La géodésie spatiale, via le GPS, offre une méthode précise et directe pour mesurer les mouvements actuels des plaques tectoniques, permettant de calculer leurs vitesses de déplacement absolues et relatives.
Dorsale rapide : type de dorsale en divergence caractérisée par une activité magmatique constante, un bombement axial, et une production continue de croûte océanique. La vitesse d’expansion océanique y est de 6 à 18 cm/an, avec une remontée par convection de péridotite du manteau asthénosphérique qui subit une fusion partielle lors de la décompression adiabatique.
Dorsale lente : dorsale en divergence avec une topographie différente, présentant une large vallée axiale (rift) bordée de failles normales, une activité magmatique plus réduite, et une vitesse d’expansion de 4 cm/an. La remontée de péridotite y est moins intense, et la croûte océanique y se forme à un rythme plus lent.
Topographie et activité magmatique : la topographie diffère entre dorsale rapide et lente. La dorsale rapide présente un bombement axial dû à une activité magmatique constante, tandis que la dorsale lente possède une vallée axiale large avec une activité magmatique plus faible. La fusion partielle de la péridotite lors de la remontée est à l’origine de la formation de magma basaltique.
Remontée de péridotite et fusion partielle : lors de la divergence, la péridotite du manteau asthénosphérique remonte par convection. En s’éloignant de la dorsale, cette péridotite subit une décompression adiabatique, ce qui provoque une fusion partielle (15-20%) entre 80 et 20 km de profondeur, produisant du magma basaltique. La croûte océanique se forme ainsi par cette fusion partielle, et la lithosphère océanique s’épaissit et se refroidit en s’éloignant de la dorsale.
Production de croûte océanique : Processus par lequel la lithosphère océanique se forme principalement lors de la remontée de péridotite du manteau asthénosphérique à l’aplomb des dorsales, suivie d’une fusion partielle et de la solidification du magma basaltique résultant (voir section 3).
Fusion de péridotite et magma basaltique : Lors de la remontée de péridotite du manteau, une décompression adiabatique provoque une fusion partielle (15-20%) de cette roche source, générant un magma basaltique qui, en refroidissant, forme la croûte océanique (voir section 4).
Refroidissement et épaississement de la lithosphère océanique : Après sa formation, la lithosphère océanique se refroidit progressivement en s’éloignant de la dorsale, ce qui entraîne une augmentation de son épaisseur et de sa densité, contribuant à son épaississement et à son enfoncement dans l’asthénosphère (voir section 4).
Zones de convergence : régions où deux plaques lithosphériques se rapprochent, pouvant entraîner des phénomènes de subduction ou collision continentale. La subduction implique le plongement d'une lithosphère océanique sous une autre plaque, tandis que la collision concerne le rapprochement de deux plaques continentales.
Subduction : processus où une plaque lithosphérique océanique plonge dans l’asthénosphère, souvent associé à une activité magmatique explosive et à une sismicité importante selon le plan de Wadati Benioff. La subduction est le moteur principal de la tectonique des plaques.
Magmatisme explosif et roches associées : volcanisme caractérisé par des laves visqueuses riches en SiO₂, provoquant des éruptions violentes. Les roches formées incluent l’andésite (volcanique) et le diorite (plutonique), résultant de la cristallisation de magmas riches en eau issus de la fusion partielle du manteau hydraté lors de la subduction.
Métamorphisme de haute et basse pression : transformations minéralogiques des roches sous différentes conditions de pression et température. Le métamorphisme BP/BT (basse pression/basse température) concerne la métamorphose lors du métamorphisme hydrothermal en zone de dorsale. Le métamorphisme HP/BT (haute pression/basse température) se produit lors de la subduction, libérant de l’eau et favorisant la fusion partielle du manteau hydraté.
Moteur de la subduction et densité de la lithosphère : la subduction est principalement motivée par l’augmentation de la densité de la lithosphère océanique vieillissante, qui, en devenant plus lourde que l’asthénosphère, s’enfonce sous une autre plaque. La convection du manteau, accentuée par cette densité croissante, entraîne le mouvement descendant de la plaque.
La subduction entraîne un magmatisme explosif avec production de roches riches en SiO₂, telles que l’andésite et la rhyolite, souvent associées à des éruptions violentes. La fusion partielle du manteau hydraté sous la plaque chevauchante génère ces magmas.
Lors de la subduction, la plaque océanique subit un métamorphisme BP/BT, transformant les roches en métagabbros et serpentinites, tout en libérant de l’eau qui hydrate le manteau supérieur de la plaque chevauchante, abaissant son point de fusion.
La dynamique de la subduction est alimentée par l’augmentation de la densité de la lithosphère océanique vieillissante, qui, en s’enfonçant, entraîne le mouvement de la plaque. La convection du manteau participe à ce processus.
La collision continentale, résultant de la fermeture de l’océan par subduction, conduit à un épaississement crustal, avec raccourcissement et empilement de matériaux lithosphériques, témoignant par des structures tectoniques (plis, failles, nappes) et une racine crustale sous les chaînes de montagnes.
La subduction, moteur principal de la convergence, est déclenchée par la densité croissante de la lithosphère océanique vieillissante, entraînant un magmatisme explosif et un métamorphisme spécifique, et aboutissant à la formation de chaînes de montagnes par collision continentale.
Collision continentale : Rencontre de deux plaques de croûte continentale lors de leur convergence, entraînant la fermeture d’un océan entre elles et la formation de chaînes de montagnes. Elle se caractérise par un épaississement crustal et un raccourcissement des matériaux lithosphériques (source : contenu source).
Épaississement crustal : Augmentation de l’épaisseur de la croûte terrestre dans une zone de collision, résultant du raccourcissement et de l’empilement de matériaux lithosphériques. Il est associé à un épaississement de la racine crustale sous le relief montagneux (source : contenu source).
Raccourcissement et empilement de matériaux : Processus par lequel les matériaux lithosphériques se déforment sous des forces de compression, conduisant à leur raccourcissement horizontal et à leur empilement vertical, ce qui contribue à l’épaississement crustal. Ce phénomène est attesté par des structures tectoniques comme plis, failles inverses, chevauchements et nappes de charriage (source : contenu source).
Métamorphisme de collision : Transformation minéralogique des roches sous l’effet de pressions et températures élevées lors d’une collision continentale, tout en conservant leur composition chimique. Il se manifeste par des minéraux modifiés mais à l’état solide, indiquant un métamorphisme de haute pression et basse température (source : contenu source).
Racine crustale : Portion profonde de la croûte continentale épaissie lors d’une collision, située sous le relief montagneux. Elle est caractérisée par un MOHO (discontinu de Mohorovičić) situé plus en profondeur, témoignant de l’épaisseur accrue de la croûte dans la zone de collision (source : contenu source).
L’épaississement crustal lors d’une collision continentale résulte d’un raccourcissement et d’un empilement de matériaux lithosphériques, accompagnés d’un métamorphisme de collision et d’une formation d’une racine crustale profonde, contribuant à la formation de chaînes de montagnes.
| Critère | Dorsales en divergence | Fosses océaniques en convergence |
|---|---|---|
| Type de frontière | Divergence | Convergence (subduction ou collision) |
| Activité géothermique | Élevée (flux géothermique important) | Faible dans la fosse, élevée dans l’arc volcanique |
| Sismicité | Faible à superficielle | Importante, plan de Wadati-Benioff |
| Volcanisme | Effusif, basaltiques | Explosif, andésite, rhyolite, granite |
| Roches produites | Basalte, gabbro | Andesite, rhyolite, granite |
| Mécanisme principal | Fusion partielle du manteau, remontée de magma | Subduction, collision, épaississement crustal |
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1. Quel phénomène géologique, selon les données paléomagnétiques, constitue une preuve directe du déplacement des plaques lithosphériques et de l'expansion océanique ?
2. Quelles roches magmatiques sont typiquement associées au volcanisme de subduction continentale ?
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Découpage en plaques lithosphériques
La lithosphère est découpée en 14 plaques principales.
Plaques rigides — définition ?
Indéformables et se déplacent horizontalement.
Frontières des plaques — types ?
Divergentes, convergentes, transformantes.
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