Chapitre 3 : La structure de la terre

Introduction :

Observation :
Comparaison des cartes de sismicité, volcanisme et fond marins, que remarque-t-on ?
Animations comparaison cartes séismes/fonds marins (311 Ko) et volcans/fonds marins (317 Ko)
En comparant les cartes de répartition des séismes, des volcans et des fonds marins, on observe que les séismes et les volcans semblent alignés le long de grande structure : les dorsales et les fosses. Ailleurs on observe peu de séismes et de volcanisme.

Bilan : On a observé que les séismes et le volcanisme étaient associés à 2 types de structures : Les dorsales et les fosses. Ces 2 structures permettent de limiter de vastes surfaces géologiquement peu actives, appelées plaques, limitées par des frontières géologiquement très actives : dorsales, fosses. Ces plaques peuvent être soit océanique, soit comporter une partie océanique et continentale.

1- Structure verticale et composition des plaques.

Problème : Comment connaître la structure des plaques ?

Hypothèses :
- On peut faire des forages.
- ???

Les forages les plus profonds effectués dans la terre ne dépassent pas 13 km, c'est très insuffisant.
On utilise une méthode indirecte : Les ondes sismiques.

Vérification : Animation flash vitesse des ondes sismiques dans le globe
(auteur www.biologieenflash.net)

On observe que la vitesse des ondes sismiques varie lorsqu’elles s’enfoncent dans le globe. Cette vitesse est fonction de la roche traversée. Ainsi à chaque fois que la vitesse varie la roche est différente. On distingue ainsi 2 grandes couches de roches : la croûte (épaisseur de 0 à 35 km pour les continents,et de 0 à 10 Km pour les océans), et le manteau ( 35 à 670 Km de profondeur).
Pour le manteau on distingue le manteau supérieur de 35 Km à 100 Km, et le manteau inférieur de 100 Km à 670 Km.
On définit également 2 autres couches importantes : La lithosphère qui est la réunion de la croûte et du manteau supérieur, et l’asthénosphère qui correspond au manteau inférieur.

poly coupe du globe (essayer de replacer les légendes)

Conclusion : Les plaques sont formées de la croûte et du manteau supérieur, on les appelle alors plaques lithosphériques. La croûte est composée de granite dans les continents et de basalte dans les océans. Le manteau est composé de péridotite (voir photo p 65). La lithosphère est plus rigide que l'asthénosphère.

2- Les mouvements des plaques à la surface du globe.

Observation : Poly la dérive des continents.

Wegener a observé que l’Afrique et l’Amérique du sud ont des formes très complémentaires, donc ils devaient ne former qu’un seul bloc avant. De plus on trouve des fossiles communs sur chacun des ces continents.

Bilan: L'Afrique et l'Amérique du sud s'écartent depuis le crétacée (120 Millions d'années)

Problème : Ou se situe la zone d'écartement ?

Hypothèse : Au niveau de la dorsale

Vérification : Animation : Evolution de l'âge des basalts dans un océan (73 Ko)

On observe que plus on s’écarte de part et d’autre de la dorsale, plus les fonds océaniques sont âgés. De plus, les basalts fabriqués de chaque coté de la dorsale se répartissent de manière symétrique. Ceci prouve que la dorsale est bien la zone d’écartement des plaques, mais aussi une zone de construction de fond océanique et donc de plaque.
On peut calculer la vitesse d’écartement qui est d’environ 4 cm/an.

Conclusion : Les dorsales sont des zones d'écartement des plaques, on observe dans l'axe de celles-ci du volcanisme, qui fabrique de la croûte océanique et une partie du manteau supérieure (accrétion océanique).

Conséquence : si les matériaux des plaques se forment et s'écartent au niveau des dorsales, il doit y avoir un lieu de rapprochement des plaques donc de destruction (sinon le volume de la terre augmenterait)

Problème : Ou se situent les zones de rapprochement ?

Hypothèse : Au niveau des fosses.

Vérification : Animation Flash répartition des séismes au niveau d'une fosse (160 Ko)

Au niveau des fosses on observe des rapprochements de plaques. Si on regarde la répartition des séismes au niveau des fosses, on s’aperçoit que plus on s’éloigne de la fosse en allant dans le continent, plus les foyers des séismes sont profonds. Cela prouve que lors du rapprochement des plaques, une passe sous l’autre et s’enfonce de plus en plus profondément dessous, créant ainsi au passage des séismes de plus en plus profond. Ce phénomène s’appelle la subduction.

Conclusion : Les fosses sont des zones de rapprochement des plaques, la lithosphère océanique s'enfonce sous la lithosphère continentale, on appelle ce phénomène : la subduction. Ce dernier est à l'origine du volcanisme explosif.

3- L'origine du mouvement des plaques.

Hypothèse :
- La chaleur

Vérification : Document la production de chaleur et le mouvement des plaques (138 Ko en pdf)

Conclusion : La terre produit de la chaleur, l'augmentation de la température avec la profondeur témoigne de cette énergie, Une partie importante de cette énergie provient de la désintégration des matériaux radioactifs présents en profondeur.

On peut faire l'analogie entre l'air chaud et froid. L'air chaud plus léger monte tandis que l'air froid plus lourd descend néanmoins cela reste le même marériel : de l'air.
Au niveau des dorsales, de la chaleur peut remonter, et créé de la lithosphère (par le volcanisme), puis en s'écartant de la dorsale ,la lithosphère se refroidit, elle s'alourdit, plonge dans l'asthénosphère, et entraîne alors avec elle la nouvelle lithosphère chaude formée au niveau des dorsales. Ce phénomène permet alors le mouvement des plaques.

Poly schéma bilan
Complétez le document avec les mots suivant : croûte océanique, croûte continentale, lithosphère, asthénosphère, accrétion, subduction, fusion du manteau, chambre magmatique, volcanisme explosif, séismes.

4- Conséquences des mouvements des plaques sur la surface terrestre.

En observant la carte du mouvement des plaques, la plaque africaine s'écarte-t-elle ou se rapproche-t-elle de la plaque eurasiatique.
Quelles conséquences ce mouvement provoquera-t-il ?
Réponse : Disparition de la Méditerranée et collision entre l'Afrique du Nord et le sud de l'Europe.

Même questions pour les plaques africaines et AR (arabique).
Réponse : création d'un futur océan

A- L'ouverture d'un océan.

Observons plus en détail la structure entre l'Afrique et l'Arabie.
Si un océan est entrain de se créer, on doit trouver une dorsale.

Vérification :Poly ouverture d'un océan

Au début il n’y a qu’une plaque, celle-ci subit des forces d’extension qui ont tendance à l’amincir (comme si on tirait sur un morceau de pâte à modeler). Au niveau de la zone amincie, il se forme ce que l’on appelle un fossé d’effondrement (on en trouve un en France, c’est le fossé rhénan (du Rhin)).
Si le mouvement continu, la lithosphère continue à s’amincir, et l’asthénosphère atteint la surface. Ceci fabrique du volcanisme qui fabrique des basaltes, on retrouve alors le fonctionnement d’une dorsale.

B- La fermeture d'un océan et ses conséquences.

Observation : Document rapprochement Inde/Asie

Bilan : La fermeture de l'océan qui existait entre l'Inde et l'Asie s'effectue lors de la subduction, quand l'océan a complètement été subducté, l'Inde et l'Asie entre en collision créant ainsi des chaînes de montagne (Himalaya).

Conséquences de la collision : Photos de Faille et Plis

Problème : Comment expliquer la formation de ces structures ?

Hypothèse : les déformations peuvent-être souple (plis) ou cassante (faille).
( en fonction de la nature de la roche et de la vitesse de déformation )

Expérience déformation de couche de plâtre et de sable

Vérification : Si on applique une pression sur des couches de plâtre superposées, on verra ces couches se casser , comme des failles. La même expérience avec du sable entraîne une déformation des couches, comme des plis.

Conclusion : L'affrontement des plaques dans les zones de convergence engendre des déformations souples (plis) ou cassantes (failles) en fonction de la nature de la roche, et aboutit à la formation de chaînes de montagne.