★ À maîtriser
La surface terrestre comprend 14 plaques lithosphériques principales et une quarantaine de microplaques, peu déformables mais mobiles les unes par rapport aux autres.
La géodésie spatiale mesure en continu la longitude, la latitude et l’altitude de balises à la surface des plaques avec une précision généralement millimétrique à centimétrique, ce qui permet de calculer leurs vitesses absolues par rapport au repère fixe des méridiens et parallèles.
📌 Les frontières de plaques peuvent présenter une divergence, c’est-à-dire un éloignement, une convergence, c’est-à-dire un rapprochement, ou un coulissage, c’est-à-dire un glissement horizontal l’une contre l’autre.
Compléments
📌 Le déplacement absolu d’une plaque est mesuré par rapport au repère terrestre fixe, tandis que le déplacement relatif décrit son mouvement par rapport aux autres plaques.
★ À maîtriser
Les anomalies magnétiques du plancher océanique forment des bandes de largeur variable, grossièrement parallèles et symétriques de part et d’autre de l’axe de la dorsale, dessinant un profil en peau de zèbre.
De nouveaux matériaux rocheux se forment à l’axe de la dorsale puis s’éloignent latéralement de part et d’autre, et les basaltes sont d’autant plus vieux qu’ils sont éloignés de cet axe.
Compléments
📌 Une anomalie magnétique océanique est positive lorsque l’intensité mesurée est supérieure à la valeur attendue et négative lorsqu’elle est inférieure.
La comparaison du profil magnétique océanique avec le calendrier daté des inversions permet de dater indirectement les basaltes du plancher océanique.
L’expansion de l’Atlantique Nord lors des 2 derniers millions d’années est d’environ 4 cm/an, correspondant à une divergence de 4 cm/an entre les plaques nord-américaine et eurasiatique.
Les bandes magnétiques symétriques forment une peau de zèbre autour de l’axe de la dorsale.
★ À maîtriser
Les forages océaniques confirment l’expansion océanique : les sédiments les plus profonds ont le même âge que les basaltes qu’ils recouvrent.
À mesure que l’on s’éloigne de la dorsale, les sédiments sont plus épais et les couches au contact des basaltes sont plus anciennes.
Compléments
Dans l’Atlantique Nord, la croûte océanique la plus ancienne, datée du Jurassique à environ -175 Ma, se trouve près des continents américain et européen, tandis que les basaltes sont plus récents à l’approche de la dorsale.
La vitesse de divergence varie selon les dorsales, d’environ 2 à 3 cm/an pour les plus lentes jusqu’à 16 cm/an pour les plus rapides.
En s’éloignant de la dorsale, les sédiments s’épaississent et leurs couches basales vieillissent.
★ À maîtriser
Les volcans intraplaques sont généralement éloignés des frontières de plaques et peuvent former des alignements dont les édifices sont d’autant plus vieux qu’ils sont éloignés du volcan actif.
De -65 Ma à -44 Ma, la plaque Pacifique s’est déplacée vers le nord en formant la chaîne des îles Empereur, puis elle a changé de direction et se déplace vers le nord-ouest depuis -44 Ma jusqu’à aujourd’hui.
Compléments
La datation des volcans d’un alignement de point chaud et la mesure des distances qui les séparent permettent de calculer la vitesse et de déterminer la direction du déplacement de la plaque.
Les alignements volcaniques du Pacifique ont permis de reconstituer les mouvements de la plaque au cours des 65 derniers millions d’années.
La plaque Pacifique se déplace actuellement vers le nord-ouest à environ 8,5 cm/an et Hawaï est le volcan actif de cet alignement.
★ À maîtriser
📌 Aux dorsales, le flux thermique est supérieur à la moyenne en raison de la remontée asthénosphérique et de la présence de magma.
📌 Dans une zone de subduction, le flux thermique est faible à l’aplomb de la fosse à cause de la plaque océanique froide qui plonge, mais élevé au niveau de l’arc volcanique en raison du magma présent dans la croûte.
Compléments
📌 À la dorsale et dans les chaînes de montagnes, les foyers sismiques restent superficiels, jusqu’à 50 km ; ils sont localisés près de l’axe des dorsales, mais dispersés dans les chaînes de montagnes.
Les roches magmatiques des dorsales, gabbros en profondeur et basaltes en surface, contiennent entre 45 et 52 % de SiO₂.
En zone de subduction, les diorites et les granites se forment en profondeur, tandis que l’andésite et la rhyolite sont des roches volcaniques de surface ; ces roches sont plus riches en silice que celles de la croûte océanique, avec plus de 53 % de SiO₂.
Dans les zones de collision, les magmas formés au sein de la croûte continentale ont souvent plus de 66 % de silice et produisent principalement des roches plutoniques claires de la famille du granite.
À la subduction, fosse froide et arc chaud
★ À maîtriser
Sous une dorsale, les mouvements ascendants de convection font remonter les péridotites et les décomprimer sans baisse significative de leur température, ce qui permet leur fusion partielle.
Le géotherme typique d’une dorsale recoupe le solidus des péridotites entre environ 100 et 20 km de profondeur.
La fusion sous l’axe d’une dorsale est partielle et ne concerne pas plus de 20 % de la péridotite.
Compléments
Lors de la fusion partielle des péridotites, certains éléments comme le silicium et le calcium passent plus facilement dans le liquide que le fer et le magnésium ; les gouttelettes de magma, moins denses que la roche solide, remontent puis s’accumulent dans une chambre magmatique.
La chambre magmatique d’une dorsale se situe entre 2 et 7 km sous son axe et constitue un lieu de formation des cristaux.
Décompression sans refroidissement → fusion partielle
★ À maîtriser
Dans la chambre magmatique, le contact du magma avec des parois plus froides favorise sa cristallisation lente et la formation d’une roche plutonique grenue, le gabbro, où prédominent pyroxène et plagioclase.
Le refroidissement rapide du magma au contact de l’eau de mer forme un basalte volcanique à texture microlitique, constitué d’une pâte minérale et de cristaux généralement microscopiques, avec prédominance de pyroxène et de plagioclase.
Compléments
Refroidissement lent en profondeur : gabbro ; rapide en surface : basalte
★ À maîtriser
Les dorsales rapides présentent un large bombement, une vallée axiale peu marquée ou absente et une production magmatique permanente qui crée principalement la nouvelle surface océanique par accrétion.
La croûte océanique continue des dorsales rapides comprend environ 2 km de basaltes en coussins et en filons reposant sur 3 à 5 km de gabbros.
Les dorsales lentes ont un bombement plus étroit, une vallée axiale ou rift marquée, de nombreuses failles normales et des failles de détachement qui peuvent mettre des péridotites à l’affleurement.
Sous les dorsales lentes, le manteau moins chaud produit peu de magma ; la croûte océanique y est peu épaisse, discontinue, voire absente.
Compléments
Les dorsales rapides, comme la dorsale Est-Pacifique, produisent principalement par magmatisme une croûte océanique épaisse de 5 à 7 km.
Les péridotites affleurant aux dorsales lentes sont en partie serpentinisées, c’est-à-dire fortement hydratées et altérées par une circulation hydrothermale importante.
📌 Aux dorsales lentes, la divergence est principalement assumée par des phénomènes tectoniques, notamment les failles normales et les failles de détachement, tandis que le magmatisme joue un rôle secondaire.
Dorsale rapide magmatique ; dorsale lente tectonique
★ À maîtriser
🔄 La circulation hydrothermale suit ces étapes :
Lors de l’hydrothermalisme, l’eau réagit chimiquement avec les minéraux, se charge en éléments métalliques et pénètre dans les cristaux, transformant la composition chimique et minéralogique des roches.
Compléments
L’eau s’infiltre → réchauffement → réactions minérales et hydrothermalisme.
★ À maîtriser
Compléments
Lorsque la température descend sous 500 °C, la hornblende réagit avec d’autres minéraux et forme notamment de la chlorite et de l’actinote, plus hydratées.
Le faciès schistes verts correspond à un environnement de basse pression et de basse température.
Sous 700 °C, hornblende ; sous 500 °C, chlorite et actinote.
★ À maîtriser
Les circulations hydrothermales refroidissent rapidement les roches sur une dizaine de kilomètres d’épaisseur ; sous 1 300 °C, la péridotite du manteau superficiel devient rigide et forme le manteau lithosphérique.
Avec le vieillissement, le refroidissement par hydrothermalisme puis par conduction thermique enfonce progressivement l’isotherme 1 300 °C, ce qui épaissit le manteau lithosphérique.
Le vieillissement augmente la densité de la lithosphère océanique parce que le refroidissement provoque une contraction thermique des roches et que le manteau lithosphérique, plus dense que la croûte, s’épaissit.
Les foyers sismiques du plan de Wadati-Benioff peuvent atteindre 700 km de profondeur et caractérisent le plongement de la lithosphère océanique rigide dans l’asthénosphère ductile.
Dans une zone de subduction, les isothermes plongent obliquement sous la fosse océanique, révélant une lithosphère océanique froide qui s’enfonce dans l’asthénosphère chaude.
Compléments
Après 25 Ma, le manteau lithosphérique dépasse 40 km d’épaisseur, et à 100 Ma son épaisseur dépasse 100 km.
La densité du manteau lithosphérique est de 3,3, contre 3,25 pour le manteau asthénosphérique ductile.
Lorsque la lithosphère océanique vieillissante devient plus dense que l’asthénosphère, l’équilibre est rompu et l’océan s’approfondit vers les plaines abyssales en s’éloignant de la dorsale.
L’inclinaison du plan de Wadati-Benioff varie selon les zones de subduction et dépend de l’âge de la plaque plongeante.
Refroidissement → manteau lithosphérique épaissi et lithosphère plus dense.
★ À maîtriser
Les volcans des zones de subduction connaissent des éruptions explosives particulièrement dangereuses, souvent accompagnées de nuées ardentes dévastatrices.
La richesse en silice rend le magma visqueux, ralentit sa remontée et empêche son dégazage progressif.
Compléments
Les roches volcaniques des zones de subduction comprennent notamment l’andésite et la rhyolite, tandis que les roches plutoniques comprennent le granite et la diorite.
La cristallisation fractionnée enrichit le magma en silice à mesure qu’il remonte et refroidit, et la contamination par les roches de la croûte environnante contribue aussi à la diversité des roches magmatiques.
Malgré leur diversité, les roches magmatiques des zones de subduction ont une composition chimique apparentée qui indique une formation à partir d’un même type de magma riche en eau.
Magma riche en silice → magma visqueux → dégazage freiné
★ À maîtriser
Les magmas des zones de subduction proviennent de la fusion partielle du coin de manteau situé sous la plaque chevauchante, rendue possible par son hydratation.
Les transformations métamorphiques déshydratent la croûte océanique en subduction, puis l’eau libérée remonte et hydrate les péridotites du coin de manteau de la plaque chevauchante, permettant leur fusion partielle.
Compléments
La croûte océanique subduite, initialement transformée par les circulations hydrothermales en métabasaltes et métagabbros du faciès schistes verts riches en minéraux hydroxylés, est fortement hydratée.
Lors de l’enfoncement, les minéraux de la plaque plongeante réagissent à l’état solide et les faciès schistes bleus puis éclogites se forment, avec notamment du glaucophane, du grenat et de l’omphacite, peu ou pas hydroxylés.
L’hydratation abaisse la température de fusion de la péridotite, de sorte que celle-ci peut fondre partiellement dans les conditions de température et de pression de la subduction.
Déshydratation de la plaque → hydratation du manteau → fusion partielle
★ À maîtriser
📌 Le déséquilibre gravitaire ne déclenche pas à lui seul la subduction, car les matériaux sont solides, les différences de densité faibles et la lithosphère susceptible de sombrer reste solidaire du continent moins dense ; des accidents tectoniques sont nécessaires.
Compléments
Les transformations métamorphiques de la croûte océanique accentuent l’augmentation de densité lorsque le métagabbro passe du faciès schistes verts au faciès schistes bleus, puis au faciès éclogite.
La plaque en subduction tracte la lithosphère océanique de surface jusqu’à la dorsale, provoquant des mouvements descendants de convection mantellique qui participent à des mouvements ascendants sous la dorsale.
La subduction joue un rôle essentiel dans l’expansion océanique et, plus généralement, dans le mouvement des plaques lithosphériques.
Densité croissante → plongée de la plaque → traction et convection mantellique
★ À maîtriser
📌 Près de la surface, les déformations de collision sont généralement cassantes et produisent des failles inverses, tandis qu’en profondeur la chaleur permet des déformations plus souples comme les plis-failles et les plis.
Compléments
Les contraintes compressives peuvent déplacer des formations rocheuses sur des dizaines de kilomètres et les charrier au-dessus d’autres roches, formant des nappes de charriage.
Les failles majeures peuvent empiler des écailles crustales, dont une grande partie de la surépaisseur se trouve en profondeur sous les reliefs.
Une subduction continentale peut entraîner une partie de la croûte sous une autre, le manteau lithosphérique accompagnant ce mouvement.
Dans les écailles crustales, l’augmentation de pression et de température provoque un métamorphisme et l’apparition de minéraux souvent orientés par les contraintes compressives, formant des roches foliées ou schisteuses comme les micaschistes et les gneiss.
Surface cassante : failles inverses ; profondeur plus chaude : plis et plis-failles
Dorsales rapides et lentes
| Caractéristique | Dorsales rapides | Dorsales lentes |
|---|---|---|
| Relief axial | Large bombement, rift peu marqué ou absent | Bombement étroit, rift marqué |
| Magmatisme | Production permanente et abondante | Production faible, parfois intermittente |
| Croûte océanique | Continue, épaisse de 5 à 7 km | Mince, discontinue ou absente |
| Divergence | Principalement par accrétion magmatique | Principalement par failles tectoniques |
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1. Deux plaques voisines glissent horizontalement l’une contre l’autre sans s’éloigner ni se rapprocher. Quel type de mouvement caractérise leur frontière ?
2. Quelle disposition caractérise les anomalies magnétiques du plancher océanique autour de l’axe d’une dorsale ?
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Combien de plaques lithosphériques principales la Terre comprend-elle ?
14 plaques principales.
Comment évolue l’âge des basaltes par rapport à l’axe de la dorsale ?
Ils sont d’autant plus vieux qu’ils en sont éloignés.
Qu’est-ce que le champ paléomagnétique ?
La trace conservée dans certaines roches magmatiques du champ terrestre lors de leur formation.
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