SVT 2APIC
La tectonique des plaques
La théorie qui explique d'un seul coup les séismes, les volcans et les montagnes. Ce que contient la Terre, comment ses plaques bougent, et quelles preuves ont convaincu les scientifiques.
01 La structure interne de la Terre
On ne peut pas creuser jusqu'au centre de la Terre : le forage le plus profond jamais réalisé atteint à peine 12 km, sur 6 370 km de rayon. C'est l'étude des ondes sismiques, vues au chapitre 1, qui a permis de reconstituer l'intérieur. Leur vitesse change brutalement en passant d'une couche à l'autre, ce qui trahit un changement de matière.
| Couche | Épaisseur | État |
|---|---|---|
| Croûte | 5 km sous les océans, jusqu'à 70 km sous les continents | Solide, rigide |
| Manteau | Environ 2 900 km | Solide, mais capable de se déformer lentement |
| Noyau | Environ 3 470 km de rayon | Liquide à l'extérieur, solide au centre |
La distinction qui compte
Pour comprendre les plaques, on découpe autrement, selon le comportement des roches :
La lithosphère réunit la croûte et le sommet du manteau. Elle est rigide et cassante, épaisse d'environ 100 km. En dessous, l'asthénosphère est solide mais suffisamment ductile pour se déformer très lentement.
L'image à retenir. La lithosphère rigide flotte et glisse sur l'asthénosphère déformable, comme des plaques de glace posées sur de l'eau très épaisse. C'est ce contraste rigide/ductile qui rend le mouvement possible.
02 Les plaques lithosphériques
Définition
La lithosphère n'est pas d'un seul tenant : elle est découpée en une douzaine de morceaux rigides appelés plaques lithosphériques, qui se déplacent les uns par rapport aux autres de quelques centimètres par an.
Quelques centimètres par an, c'est la vitesse de croissance d'un ongle. Cela paraît dérisoire, mais sur un million d'années cela représente des dizaines de kilomètres. À l'échelle géologique, les continents traversent les océans.
Les principales plaques sont les plaques pacifique, nord-américaine, sud-américaine, eurasiatique, africaine, indo-australienne et antarctique. Le Maroc se situe sur la plaque africaine, tout près de sa limite avec la plaque eurasiatique — ce qui explique l'activité sismique du nord du pays.
03 Les trois types de limites
Tout se joue aux frontières entre plaques. Il n'existe que trois mouvements possibles : s'écarter, se rapprocher, ou glisser l'une contre l'autre.
Limite divergente : les plaques s'écartent
Au milieu des océans, deux plaques s'éloignent. Le magma remonte dans l'espace libéré, refroidit et fabrique de la lithosphère océanique neuve. Ce relief sous-marin s'appelle une dorsale. L'océan s'élargit : c'est l'expansion océanique. Séismes superficiels et peu violents, volcanisme effusif.
Limite convergente : les plaques se rapprochent
Deux cas se présentent selon la nature des plaques qui se rencontrent.
- Subduction : une plaque océanique, plus dense, plonge sous l'autre et s'enfonce dans le manteau. Elle entraîne une fosse océanique, des séismes jusqu'à 700 km de profondeur et un volcanisme explosif. Exemple : le Japon.
- Collision : deux plaques continentales se heurtent sans qu'aucune ne plonge. Les roches se plissent et s'empilent : une chaîne de montagnes se forme. Exemple : l'Himalaya, né de la rencontre entre l'Inde et l'Asie.
Limite transformante : les plaques glissent
Les deux plaques coulissent latéralement. Rien ne se crée, rien ne disparaît, mais le frottement bloque puis relâche brutalement : séismes fréquents et violents. Exemple : la faille de San Andreas.
La règle générale
La lithosphère océanique se crée aux dorsales et se détruit dans les zones de subduction. La surface de la Terre ne change pas : ce qui est fabriqué d'un côté est recyclé de l'autre.
À toi. Pourquoi trouve-t-on des séismes très profonds au Japon et jamais en Islande ?
Le Japon est en subduction : une plaque océanique plonge en profondeur et continue de casser en s'enfonçant, jusqu'à environ 700 km. L'Islande est sur une dorsale : les ruptures se produisent dans la lithosphère rigide, près de la surface. La profondeur des foyers renseigne donc sur le type de limite.
04 Les preuves
En 1912, Alfred Wegener propose que les continents ont été réunis en un seul bloc, la Pangée, puis se sont séparés. Il s'appuie sur trois observations.
- La forme des côtes : les côtes de l'Amérique du Sud et de l'Afrique s'emboîtent comme deux pièces de puzzle.
- Les fossiles : on retrouve les mêmes espèces fossiles, terrestres et incapables de traverser un océan, des deux côtés de l'Atlantique.
- Les traces glaciaires : d'anciennes traces de glaciers se prolongent d'un continent à l'autre, et n'ont de sens que si les continents étaient réunis.
Une idée juste, rejetée pendant cinquante ans. Wegener ne pouvait pas expliquer comment les continents se déplaçaient, et ses collègues ont rejeté sa théorie. Il a fallu attendre les années 1960 et l'exploration des fonds océaniques pour trouver le mécanisme. Une bonne observation ne suffit pas : il faut aussi une explication.
La preuve décisive est venue du plancher océanique : plus on s'éloigne d'une dorsale, plus les roches du fond sont anciennes. Le plancher se fabrique donc bien à la dorsale et s'écarte de part et d'autre, comme un tapis roulant.
05 Le moteur du mouvement
L'intérieur de la Terre est chaud. Cette chaleur met en mouvement la matière du manteau selon des courants de convection : la matière chaude et moins dense remonte, se refroidit près de la surface, devient plus dense et redescend. Ces boucles très lentes entraînent les plaques posées au-dessus.
Expérience de modélisation
- Montage
- Chauffer de l'eau contenant de la sciure de bois dans un récipient transparent, en chauffant d'un seul côté du fond.
- Observation
- La sciure monte au-dessus de la zone chauffée, se déplace en surface, puis redescend plus loin. Des boucles s'installent.
- Interprétation
- Un morceau de papier posé à la surface est entraîné par le mouvement de l'eau, comme une plaque est entraînée par le manteau.
- Limite du modèle
- L'eau est liquide, alors que le manteau est solide. Le modèle illustre le principe, pas la matière.
06 Ce que la théorie explique
La force de la tectonique des plaques est de rassembler dans une seule explication des phénomènes que l'on croyait indépendants.
| Phénomène | Explication |
|---|---|
| Séismes | Rupture des roches aux limites de plaques |
| Volcans | Remontée de magma aux dorsales et en subduction |
| Chaînes de montagnes | Collision de deux plaques continentales |
| Fosses océaniques | Plongée d'une plaque océanique en subduction |
| Ouverture des océans | Expansion à partir des dorsales |
C'est ce qu'on attend d'une bonne théorie scientifique : expliquer beaucoup avec peu.
✓ L'essentiel
- Structure
- Croûte, manteau, noyau. Et surtout lithosphère rigide reposant sur l'asthénosphère ductile.
- Plaques
- Une douzaine de morceaux rigides de lithosphère, se déplaçant de quelques centimètres par an.
- Trois limites
- Divergente aux dorsales, convergente en subduction ou collision, transformante par coulissage.
- Équilibre
- La lithosphère océanique se crée aux dorsales et se détruit en subduction.
- Preuves
- Emboîtement des côtes, fossiles communs, traces glaciaires, âge du plancher océanique.
- Moteur
- Les courants de convection du manteau, entretenus par la chaleur interne.