Fiche de révision : Tectonique des Plaques et Dorsales Océaniques

📋 Plan du Cours

1. Identification et mesure des mouvements des plaques lithosphériques par géodésie spatiale et données géologiques
2. Reconstitution des déplacements passés des plaques par alignements volcaniques, anomalies magnétiques et données sédimentaires
3. Caractéristiques et mécanismes des frontières de plaques divergentes, convergentes et en coulissage
4. Formation et diversité des dorsales océaniques : magmatisme, tectonique et évolution de la lithosphère océanique
5. Dynamique des zones de subduction : structure, séismes, flux géothermique, magmatisme et origine du magma liée à l’hydratation du manteau
6. Processus d’hydrothermalisme et métamorphisme dans la maturation de la lithosphère océanique
7. Mécanismes et conséquences tectoniques des zones de collision continentale : déformations, épaississement crustal et métamorphisme
8. Rôle de la densité et de la convection mantellique dans la mobilité des plaques lithosphériques et la subduction

📖 1. Identification et mesure des mouvements des plaques lithosphériques par géodésie spatiale et données géologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Plaques lithosphériques : Segments peu déformables mais mobiles de la lithosphère terrestre, dont les déplacements relatifs et absolus sont étudiés pour comprendre la tectonique des plaques.
• Plaques a-Les indices : Signes géologiques et géophysiques observés aux frontières des plaques indiquant une contrainte compressive, souvent associée à des zones de déformation et de sismicité.
• Géodésie spatiale : Géodésie spatiale (données GPS)

📝 Points essentiels

• La géodésie spatiale permet de mesurer le déplacement actuel des plaques avec une précision de l’ordre du millimètre.
• Les stations GPS réparties sur la planète permettent de déterminer le sens et la vitesse de déplacement des plaques sur plusieurs années.
• Les vitesses absolues de déplacement des plaques lithosphériques sont de l’ordre de quelques centimètres par an.
• La répartition des séismes, volcans et flux géothermique en surface permet d’identifier les frontières actives des plaques lithosphériques.
• Les mesures effectuées par GPS indiquent un déplacement absolu des plaques de l’ordre de quelques cm par an.
• La répartition des séismes, des volcans et le flux géothermique (qui correspond à la dissipation de la chaleur interne du globe et mesuré en surface) permettent d’identifier des frontières géologiquement actives et de découper la lithosphère en plaques peu déformables mais mobiles les unes par rapport aux autres.

💡 À retenir

Cette section met l'accent sur les méthodes modernes et précises de mesure directe des mouvements actuels des plaques lithosphériques, fondées sur la technologie satellitaire et les observations géodésiques.

📖 2. Reconstitution des déplacements passés des plaques par alignements volcaniques, anomalies magnétiques et données sédimentaires

🔑 Notions clés & Définitions

• La dorsale : Une frontière divergente
• Points chauds : Zones fixes de volcanisme associées à des anomalies thermiques, servant de repères pour suivre le déplacement des plaques tectoniques sur des dizaines de millions d’années.
• Anomalies magnétiques : Variations locales de l’intensité du champ magnétique terrestre enregistrées dans les basaltes du plancher océanique, formant des bandes symétriques autour des dorsales et reflétant les inversions du champ magnétique au cours du temps.

📝 Points essentiels

• Les alignements volcaniques liés aux points chauds fournissent des repères fixes pour reconstituer la vitesse et le sens des déplacements passés des plaques.
• Les anomalies magnétiques du plancher océanique, en bandes symétriques autour des dorsales, témoignent des inversions du champ magnétique terrestre et permettent de dater les basaltes océaniques.
• La vitesse moyenne d’expansion océanique peut être calculée à partir de la datation des basaltes et des sédiments associés.
• Méthodes géologiques à partir de données océaniques : Alignements volcaniques liés aux points chauds

💡 À retenir

Cette section souligne l’importance des indices géologiques et géophysiques anciens, comme les anomalies magnétiques et les données sédimentaires, pour reconstituer l’histoire des déplacements des plaques sur des millions d’années.

📖 3. Caractéristiques et mécanismes des frontières de plaques divergentes, convergentes et en coulissage

🔑 Notions clés & Définitions

• Zones de subduction : Zones de convergence où une plaque lithosphérique océanique plonge obliquement sous une autre plaque continentale ou océanique, formant une fosse océanique caractérisée par un plan incliné de foyers sismiques jusqu'à 700 km de profondeur, appelé plan de Wadati-Benioff.

📝 Points essentiels

• Les frontières divergentes correspondent à des plaques qui s’éloignent, caractérisées par des dorsales océaniques avec un flux géothermique élevé.
• Les frontières convergentes correspondent à des plaques qui se rapprochent, incluant les zones de collision continentale et de subduction avec fosses océaniques et séismes profonds.
• Les zones de subduction présentent un plan de Wadati-Benioff où les foyers sismiques s’enfoncent jusqu’à 700 km de profondeur.
• Les frontières en coulissage correspondent à un glissement horizontal de plaques, observé notamment au niveau des dorsales et de la faille de San Andreas.
• Il existe aussi des mouvements de coulissage : glissement horizontal de deux plaques l’une par rapport à l’autre. On les observe essentiellement au niveau des dorsales mais aussi ponctuellement comme pour la faille de San Andréas par exemple.
• 3- Les caractéristiques des principaux types de frontières de plaques

💡 À retenir

Cette section offre une typologie claire des frontières de plaques, associant leurs caractéristiques géologiques et mécaniques distinctes.

📖 4. Formation et diversité des dorsales océaniques : magmatisme, tectonique et évolution de la lithosphère océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Dorsales rapides : Dorsales caractérisées par une activité magmatique intense, produisant une croûte océanique épaisse composée de gabbros et basaltes, résultant d’une fusion partielle de la péridotite asthénosphérique due à la décompression lors de sa remontée.
• Lithosphère océanique : Couche rigide formée à la suite de la divergence des plaques tectoniques, dont la profondeur et la composition varient selon la vitesse d’accrétion au niveau des dorsales.
• Dorsales océaniques : Les dorsales océaniques, vastes chaînes de montagnes volcaniques sous-marines, sont des frontières de plaques divergentes.

📝 Points essentiels

• Les dorsales océaniques sont des chaînes volcaniques sous-marines où la lithosphère océanique naît par divergence des plaques, accompagnées d’un flux géothermique élevé dû à la remontée mantellique.
• Le magmatisme des dorsales résulte de la fusion partielle de la péridotite asthénosphérique provoquée par la décompression lors de sa remontée vers l’axe des dorsales.
• Les dorsales rapides produisent une croûte océanique épaisse composée de gabbros et basaltes, dominée par un magmatisme intense.
• Les dorsales lentes présentent une activité magmatique faible, une croûte océanique mince voire absente, et une tectonique marquée par l’exhumation du manteau et l’hydrothermalisme.
• Là où le manteau est nettement moins chaud, l’activité magmatique est faible et intermittente. La création de nouvelles surfaces océaniques est lente, la croûte océanique est peu épaisse, discontinue, voire absente.

💡 À retenir

Cette section met en lumière la diversité des dorsales océaniques, liée à la vitesse d’accrétion et aux processus magmatiques et tectoniques associés.

📖 5. Dynamique des zones de subduction : structure, séismes, flux géothermique, magmatisme et origine du magma liée à l’hydratation du manteau

🔑 Notions clés & Définitions

• Flux géothermique : Quantité de chaleur qui s'échappe de la Terre à la surface, caractérisée par un flux élevé au niveau de l’arc volcanique associé à la subduction et un flux plus faible au niveau du plongement de la plaque lithosphérique froide.
• Zone de subduction : Frontière convergente où une plaque océanique plonge sous une autre plaque, caractérisée par une fosse océanique profonde, un plan de Wadati-Benioff avec séismes jusqu’à 700 km de profondeur, et un arc volcanique associé.
• Zones de subduction : Intense, les éruptions sont de type explosif, elles s’accompagnent de nuées ardentes dévastatrices. En effet, le magma riche en silice est rendu visqueux, sa remontée vers la surface est ralentie, cela empêche le dégazage progressif.
• Dynamique des zones : II-La dynamique des zones de divergence

📝 Points essentiels

• La zone de subduction est caractérisée par une fosse océanique profonde, un plan de Wadati-Benioff avec séismes jusqu’à 700 km de profondeur, et un arc volcanique avec un flux géothermique élevé.
• Le magma des zones de subduction est riche en silice, visqueux, produisant des éruptions explosives et formant des roches plutoniques granitiques par cristallisation fractionnée.
• L’origine du magma provient de la fusion partielle du manteau péridotitique hydraté situé au-dessus de la plaque subduite.
• L’hydratation du manteau est due à la libération d’eau par la déshydratation des roches métamorphisées (métagabbros et métabasaltes) de la plaque océanique en subduction.
• La lithosphère océanique plonge en profondeur au niveau d’une zone de subduction
• Les tomographies sismiques montrent que la source du magma est le manteau péridotitique de la plaque chevauchante, situé entre 80 et 150 km au-dessus du plan de Benioff. Pourtant, à cette profondeur, les conditions de pression et de température rendent impossible la fusion des péridotites, ce manteau ne peut fondre que s’il est hydraté.

💡 À retenir

La zone de subduction est caractérisée par une fosse océanique profonde, un plan de Wadati-Benioff avec séismes jusqu’à 700 km de profondeur, et un arc volcanique avec un flux géothermique élevé.

📖 6. Processus d’hydrothermalisme et métamorphisme dans la maturation de la lithosphère océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Lithosphère océanique : Couche rigide externe de la Terre formée au niveau des dorsales, constituée de roches refroidies et solidifiées, qui évolue par refroidissement et métamorphisme.

📝 Points essentiels

• Le refroidissement de la lithosphère entraîne un métamorphisme avec formation de nouveaux minéraux et un épaississement progressif de la lithosphère.
• L’augmentation de densité liée à ces transformations provoque l’enfoncement progressif de la lithosphère océanique dans l’asthénosphère.
• Ces processus contribuent à la maturation commune de la lithosphère océanique après sa formation au niveau des dorsales.
• 1-Les dorsales : lieu de naissance de la lithosphère océanique
• 1 hydratation de la croûte océanique

💡 À retenir

Les interactions entre la circulation d'eau et les transformations minérales par hydrothermalisme et métamorphisme jouent un rôle clé dans l'évolution physique et chimique de la lithosphère océanique.

📖 7. Mécanismes et conséquences tectoniques des zones de collision continentale : déformations, épaississement crustal et métamorphisme

🔑 Notions clés & Définitions

• Racine crustale : Zone d'épaississement crustal en profondeur caractérisée par un Moho plus profond, formée par la superposition d'écailles de croûte sous les reliefs.
• Épaississement vertical (relief) Épaississement vertical : Épaississement vertical (relief) Épaississement vertical (relief) Épaississement vertical (relief) Front de charriage (contact anormal) Structures tectoniques déformant les roches b-Les indices d'un épaississement crustal Des études géophysiques montrent que le Moho est plus profond et donc que la croûte s'épaissit en profondeur.

📝 Points essentiels

• L’épaississement crustal se manifeste par un approfondissement du Moho et la formation d’une racine crustale sous les reliefs.
• Le métamorphisme de collision engendre des roches foliées orientées selon les contraintes compressives, telles que schistes, micaschistes et gneiss.
• Les déformations sont cassantes en surface, avec failles inverses et chevauchements, et ductiles en profondeur, avec des structures tectoniques complexes à grande échelle.
• La poursuite de la convergence produit un raccourcissement et donc un épaississement. Les déformations sont en général cassantes près de la surface : les failles inverses (des terrains plus anciens se retrouvent sur des terrains plus jeunes) et des chevauchements ; elles sont plus souples en profondeur : les plis.
• Au sein des reliefs dus à la convergence il y a une augmentation de pression et de T°, les roches subissent donc un métamorphisme, de nouveaux minéraux apparaissent orientés selon les forces de compression, on obtient des roches foliées (structure en feuillets) : schistes ; micaschistes et gneiss.

💡 À retenir

Cette section souligne comment la convergence continentale façonne la croûte par déformations mécaniques et transformations métamorphiques majeures.

📖 8. Rôle de la densité et de la convection mantellique dans la mobilité des plaques lithosphériques et la subduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Densité de la lithosphère océanique : Propriété physique de la lithosphère océanique qui augmente avec son âge, dépassant celle de l’asthénosphère après 15 à 20 millions d’années, ce qui favorise sa plongée en subduction.
• Moteur de la subduction : Force principale entraînant la subduction, résultant de la traction gravitaire exercée par la lithosphère océanique dense qui plonge dans le manteau.
• Convection impliquant les plaques : Phénomène de convection mantellique caractérisé par des mouvements descendants liés à la subduction et des mouvements ascendants sous les dorsales, assurant la dynamique globale des plaques lithosphériques.

📝 Points essentiels

• Les transformations métamorphiques, notamment la conversion du schiste vert à l’éclogite, augmentent la densité de la croûte océanique en subduction, renforçant le phénomène.
• La subduction est principalement entraînée par la traction gravitaire de la lithosphère dense qui s’enfonce dans le manteau, constituant le moteur essentiel de la mobilité des plaques.
• Les transformations métamorphiques des roches de la croûte océanique qui ont lieu au cours de la subduction augmentent également la densité : la densité d’un métagabbro augmente lorsqu’il passe du faciès schiste vert à celui de schiste bleu puis celui d’éclogite.
• La lithosphère est découpée en plaques

💡 À retenir

Cette section met en relief l’importance des variations de densité de la lithosphère et des flux convectifs mantelliques comme moteurs fondamentaux de la tectonique des plaques et de la subduction.

📊 Tableaux de Synthèse

Comparaison des types de frontières de plaques

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confondre la vitesse de déplacement des plaques avec la vitesse de formation de la croûte.
2. Confondre la profondeur des foyers sismiques dans la zone de subduction avec la profondeur de la plaque en subduction.
3. Confondre la nature magmatique des dorsales lentes et rapides.
4. Oublier que la densité de la lithosphère augmente avec l'âge, favorisant la subduction.
5. Confondre la convection mantellique avec la convection de la surface.
6. Confondre la formation de la lithosphère océanique avec sa maturation.
7. Confondre la cause principale de la subduction, qui est la densité, avec la force de traction.

✅ Checklist Examen

1. Identifier les méthodes modernes de mesure des mouvements des plaques.
2. Expliquer comment les alignements volcaniques permettent de reconstituer les déplacements passés.
3. Distinguer les caractéristiques des frontières divergentes, convergentes et coulissantes.
4. Décrire la formation et la composition des dorsales océaniques.
5. Comprendre le rôle de l'hydrothermalisme dans la maturation de la lithosphère.
6. Analyser les mécanismes de la collision continentale.
7. Expliquer le rôle de la densité dans la subduction.
8. Relier la convection mantellique à la dynamique des plaques.
9. Différencier les types de magmatisme en fonction des dorsales.
10. Identifier les processus de métamorphisme liés à la subduction.
11. Comprendre l'impact de la densité sur la mobilité des plaques.
12. Expliquer le rôle des anomalies magnétiques dans la datation des fonds océaniques.