CHAPITRE12LALITHOSPHREETLATECTONIQUEDESPLAQUES1Organisationdelapartieexterne:leslithosphresocaniqueetcontinentaleLalithosphreestconstituedelacrouteetdelapartiesuprieuredumanteau.CesdeuxenveloppesrocheusestantsparesparladiscontinuitdeMohorovicic.Lalimiteinfrieurdelalithosphre,c'estdirelalimiteentrelemanteausuprieurrigide(cassant)etlemanteausuprieurductile,estsituvers1200C.Cettetempraturecorrespondlatempraturedefusiondel'olivineunminralconstitutifdelapridotite.Laprofondeurdecettelimiteestdoncvariable,prochede0kmauniveaudel'axedesdorsalesocaniquesjusqu'plusde300Kmsouslesvieuxcontinents.

Latransitionentrelalithosphreetl'asthnosphre,secaractriseparunediminutiondelavitessedesondessismiques,duelaprsencedematrielpartiellementfondu,etpermetdedfinirlaZMV(ouLVZ)pourZoneMoindreVitesse(ouLowVelocityZone).Deuxtypesdelithosphresontidentifiables:

Lalithosphrecontinentaleconstituedelacroutecontinentaleetdumanteausuprieur

Lalithosphreocaniqueconstituedelacrouteocaniqueetdumanteausuprieur.

2Lalithosphreestdcoupeenplaquesdedimensionsetdecompositionsvariables

Larpartitiondessismeslasurfacedugloben'estpashomogne.Lacartecidessusindiquel'emplacementdufoyerdessismesdemagnitude5etdeprofondeurvariable(jaune:seimessuperficiels,rouge:sismesintermdiaires,noir:sismesprofonds).Leurrpartitionselocaliseauniveaudebandestroites,principalementlafrontiredescontinentsauniveaudeschainesdemontagnesainsiqu'auniveaudesdorsalesetfossesocaniques.

LacartecidessusindiquelarpartitiondesprincipauxdificesvolcaniqueslasurfacedelaTerre.Delongueschainesd'alignementvolcaniquessontlocalisesauniveaudelaceinturepripacifique("ceinturedefeu")etcorrespondentauxprincipalesfossesdesubduction(associesdesfossesocaniques).

Lacorrespondanceentrelalocalisationdessismesetdesdificesvolcaniquesestmiseenvidenceparcettecarte.Lesprincipauxdificesvolcaniquesl'exceptiondesvolcansaumilieudescontinentssemblentcorrespondentdeszonesdefortesactivitssismiques.

Lessismesetlesvolcansnesontpasrpartiesdemanirehomognelasurfaceduglobe:ilssontconcentrssurdesbandestroitesettrslongues.Danscesbandes,lesdformationssontimportantes,alorsqu'ailleurs,ilyatrspeudedformations.Cesbandesdlimitentdescalottessphriquesrigidesetpeudformesl'exceptiondeleursfrontires:lesplaqueslithosphriques.

Cesplaqueslithosphriquessontrigidesetontuncomportantcassantloellessontsoumisesdescontraintes.Ellessontaunombrede16.

Lesplaqueslithosphriquespeuventtreentirementocaniques(plaquePacifiqueparexemple),ouentirementcontinentale(plaqueturqueparexemple)oumixtes(plaqueeurasiatiqueparexemple).

Lescourbehypsomtrique(relevdesreliespositifsetngatifs)cumulemontreunerpartitionbimodaledesaltitudescorrespondantsauxdeuxtypesdecroutesetdoncaudeuxtypesdelithosphres.Lalithosphrealtitudepositivecorrespondlalithosphrecontinentale

Lalithosphrealtitudengativecorrespondlalithosphreocanique,partirdutaluscontinentaleseulement.

3Lamobilithorizontaledelalithosphre:laThoriedelatectoniquedesplaquesJusqu'lafindu19mesicle,aucungologueougophysicienneremettaitenquestionledogmedelaconstanceetdelafixitdesairescontinentalesetocaniques.L'Afriqueavaittoujourstdanssapositionactuelle;leSaharaavaittoujourstundserttraversparletropiqueduCancer.L'ocanAtlantiqueavaittoujourssparlesAmriquesdel'Europeetdel'Afrique.CettevisionfixisteadominlesSciencesdelaTerrependantdessicles.Pourtantuncertainnombred'observationscorrespondaientmallathoriefixiste:desformationsgologiquestoutfaitidentiquespouvaienttreobservessurdescontinentsaujourd'huisparspardesmilliersdekilomtres;desrochesanciennes,dposetrshautelatitudepardescalottesglaciaires,seretrouvaientaujourd'huidanslabandeintertropicale.Commentexpliquercestrangesobservations? 31Deladrivedescontinentsd'AlfredWegener(1912).UnesuccessiongologiqueprsenteenIndecentrale,s'talantsurlapriodede370Ma175Maetprsentantunesuccessioncaractristique(facisglaciaire,charbons,dpotsdesel,rochesclastiquesrouges,basaltes,..)atretrouveenAfriqueduSud,enAustralie,enAmriqueduSudetplustardenAntarctique.Orcommentexpliquerquecettesuccesionsoitprsentesurdescontinentssparsactuellementdeplusieursmiliersdekilomtres?Wegeners'appuyasurlestravauxdel'autrichienEduardSuessquiavaitsuggrerquelorsdudptdecettesquencel'ensembledescontinentstaientrassemblsenunsupercontinentleGondwanaetquelespartiesmanquantes(expliquantl'loignementactuelledescontinents)s'taientenfoncesdanslesocans.Wegenerallaplusloinenexpliquantquelacroutecontinentaledeplusfaibledensitquelacrouteoceanique(2,9)nepouvaitpass'treenfoncedanscelleci.Aprsledptdela"squencegondwanienne"lescontinentsontdrivsversleurpositionactuelle.C'estainsiqu'estneladrivedescontinents.

PourcelaWegeners'appuyasur3typesd'observations:

Lacomplmentaritdutracdesctesorientaled'Afriqueetorientaled'AmriqueduSudainsiqueladispositiondesensemblesderochesd'gessuperieursouinferieurs2000Ma

Larpartitiondecertainesfaunesetflores.LesfossilesdeMesosaurusnesontconnusquedans

despartiessuddel'AmriqueduSudetdel'Afrique.Cetterpartitiongographiquesecomprendmieuxsil'onadmetquecesdeuxcontinentstaientreuniscettepoque.

Situationactuelledescontinentsetrpartitionsdesfossilesdereptilesetdevgtaux

LasolutiondeWegener

Larpartitiondessquencesglaciairesd'gepermocarbonifre(360245MA).CellescionttidentifiessurlescinqcontinentsissusdelafragmentationduGondwana.Aujourd'hui,enInde,ellessesituentsousleTropiqueduCancer;enAmriqueduSud,sousletropiqueduCapricorne;etenAfrique,entreletropiqueduCapricorneetl'quateur.

SelonWegener,lapartiesuprieureduglobeestformed'unecouchecontinue,SIMA(Silice+magnsium),quiconstituait,entreautres,lacroteocanique.LacrotecontinentaleouSIAL(Silice+Aluminium)drivaitouglissaitsurleSIMA.

32AladrivedesplaqueslithosphriquesdeHarryHess(1962)Durantlasecondeguerremondiale,l'importancedeladtectiondessousmarinsabeaucoupfaitprogressernotreconnaissancedesfondsocaniques.Enparticulier,onadcouvertunreliefaccentu,avecdevritableschainesdemontagnessousmarines,lesdorsalesocaniques,etdeprofondesdpressions,lesfossesocaniques.Recoupantd'autresobservationssurl'existencedecellulesdeconvectiondanslemanteau,HarryHessrunitdansuneseulehypothsetroistypesd'informationsapparemmentdisparates:

L'existenceauniveaudesgrandesfossesocaniquesbordantlesarcsinsulairesd'uneimportanteanomaliengativedepesanteurqu'ilinterprtecommelamanifestationdelabranchedescendanted'uncourantdeconvection.

Lefaitquelesdragagesocaniquesn'aientjamaisremontderochesoudesdimentsantrieursauMsozoque(ancienneairesecondaire25565Ma)

L'existencedesdorsalesmedioocaniquesqu'ilinterprtecommelamanifestationd'uncourantascendant,remontantdumatrielmantellique.SelonHessilyauraitdoncremontdematrielprofondchaudvenantformerlalithosphreocaniqueauniveaudesdorsales.Commelasuperficieduglobeterrestreresteconstante,unequantitdelithosphreocaniquegalecelleproduiteauxdorsalesdoitdisparatre.Leplancherocaniqueserpanddonclatralementcommeuntapisroulantjusqu'auxfossesocaniquesoils'enfoncedanslemanteau,constituantlaportiondescendantedescellulesdeconvection.Pourlapremirefois,nousvoyonsapparatreladualitd'unelithosphrecontinentaleprenneopposeunelithosphreocaniqueenperptuellerenouvellement.

Bienquecettethoriepermetted'abordersousunanglenouveaulagologieglobale,ellenedclenchapassonpoqueungrandenthousiasmedanslemondegologique.Denouvellespreuvesenfaveurdecettethorievontdevoiralorstreapportes

4LespreuvesdelaThoriedelatectoniquesdesplaquesparVineetMatthews(1963) 41Lemagntismefossileetladatationdessdimentsocaniquesviennentconfirmerl'expansiondesfondsocaniques ADfinitionetcaractristiquesduchampmagntiqueterrestre.Entoutpointduglobe,danslairousousterre,uneaiguilleaimantesorienteselonunedirectionbiendfinie:ilexistedoncunchampmagntiqueterrestre.Sadirectionestlongitudinale,cestdireparallleauxlongitudes,ceslignesimmatriellesquirelientlepleNordauplesud.LaTerresecomportecommeunaimantgigantesqueDanslanature,lechampmagntiqueterrestrepeuttreassimilceluiproduitparunbarreauaimantgantplacaucentredelaTerreet,prsentantdeuxplesmagntiques.Onappellediplelaxedecebarreau.DanslecasdelaTerre,ledipleformeunanglede11aveclaxederotationdelaTerre:lesplesmagntiquesnesontdoncpassuperpossauxplesgographiques,qui,eux,correspondentlaxederotationdelaTerre.(Coordonnesduplenordmagntique:75N101W;coordonnesduplesudmagntique:67s143E.Enconsquenceuneboussolenindiquepaslenordgographiquemaislenordmagntique.Certainsanimaux,enparticulierlesoiseauxmigrateursontdesrcepteurscontenantdelamagntite(oxydedefercomplexeFe3O4)quiagitcommeuncorpsmagntiqueetleurpermetdesorienteretderetrouverainsileurairedevie.LintensitdecechampestexprimeenTeslaousonsousmultiplelenannotesla(nT=109T).CechampestpositifdanslhmisphreNordoleslignesdechamprentrentdanslaTerre,ilestngatifdanslhmisphreSudoleslignesdechampensortent.LavaleurmoyenneactuelleenFrance:46000nTesla.Lhypothseactuellesurlorigineduchampmagntiqueestlasuivante:Lenoyauexterne,liquidemtalliqueseraitlesigeactueldecourantshydrodynamiquesengendrantdescourantslectriquesprovoquantleurtourunchampmagntique.

BLemagntismermanentdesrochesCertainesrochescontiennentdesminrauxferromagnsiensquisaimantentdansunchampmagntiqueetenconservelammoire.Silsagitderochesmagmatiques,laimantationsestfaitelorsdurefroidissementaudessousdunetempraturenommepointdeCurie(500700selonlesminraux),nettementinfrieurelatempraturedefusiondelaroche(900100C).Leplancherocaniqueestformdebasaltequisaimanteaumomentdeleurformationetconserventainsilammoireduchampmagntiqueterrestredumomentdeleurmiseenplace

Lesminrauxontfossilistouslescaractresduchampmagntique:intensit,dclinaisonetinclinaisonDepuisledbutdusicle,onsaitquelechampmagntiquesinversedesintervallesrguliersOndfinit:

despoquesnormales:priodependantlaquellelesensduchampestidentiqueausensactuel(uneboussoleindiquelenord)

despoquesinverses:priodependantlaquellelesensduchampmagntiqueestcontraireausensactuel(uneboussoleindiqueraitlesudcommeilya1Ma)

UnechellemagntostratigraphiqueattablieallantduJurassiquelactuel.ElleavaleurmondialeAlintrieurdespoques,leschangementstrscourtssontappelsvnements,onleurdonnelenomdunergion.Lenregistrementencontinudecechamprvledesanomaliesparrapportauchampactuel.

Ondfinitalors:

Desanomaliespositives:champrelsuprieurauchampthorique(ennoir)Uneanomaliepositivesignifiequelebasalteafossilisunchampdemmesensquelechampactueldonclaimantationrmanentesajouteauchampactuel

Desanomaliesngatives:champrelinfrieurauchampthorique(enblanc)Uneanomaliengativesignifiequelebasalteafossilisunchampmagntiquedesensinversedeceluiduchampactueldonclaimantationrmanentesesoustraitauchampactuel.

Lesrsultatssontcartographis;cenestpaslechampquiestcartographimaislesanomalies

CLesgesdessdimentsocaniquesconfirmentlerenouvellementdesfondsocaniquesLadatationdessdimentsdepartetd'autresdesdorsalesocaniquesl'aidedesmthodesdedsintgrationradioactivemontrequeplusons'loignedeladorsalepluslessdimentsdposssurleplancherocaniquesontanciens.Parconsquent,tantdonnqueledptsdimentaireestcontemporaindelamiseenplacedesrochesduplancherocanique,celaimpliquequeplusons'loignedeladorsalepluslerochesduplanchersontges.Onretrouvelasymtrieconstateauniveaudesanomaliesmagntiques.

Connaissantl'gedelacroteocanique,ilestpossiblededduiremavitessedel'expansionocanique.Parexemplepourl'ocanAtlantique:

ducotAfricain:distancedorsalecrotedatede150Ma=1600Km;lavitessededivergencecotAfriqueestdoncdev=1,06cm.an1.

ducotAmricain:distancedorsalecrotedatede150Ma=1785Km;lavitessedel'expansioncotAmriqueestdev=1,19cm.an1.Ladivergencetotaleestdoncde2,25cm.an1.C'estdirequechaquemilliond'annel'Afriqueetl'Amriques'loignede22,5Km.Lavitessed'expansiondesfondsocaniquesmondiauxpeuttrecalculsdelammemanire.Lesvitessesdedivergences(d'expansion)varientaulongd'unemmedorsaleocaniqueetsurtoutd'unocanl'autre.Parexemplel'expansiondeladorsalepacifiquepeutlocalementatteindre20cm.an1alorsquelavitessed'expansiondansl'ocanatlantiqueestbeaucoupplusfaible(entre1,5et2,5cm.an1)L'absencedelithosphreocaniqued'geinfrieure180Maimpliqueunedisparitiondecelleciauniveaudezonedesubduction.

42Lespointschaudspermettentdecalculerlavitessedeladrivedesplaqueslithosphriques

Wilsonen1963,puisMorganen1971seposeleproblmed'unrfrentielpourmesurerle

dplacementdesplaqueslithosphriques.

Pourdcrirelemouvementabsolusdesplaquesonutiliselerfrentieldespointschauds(vucommeunreprefixelilaTerre).Leprincipereposesurl'existenced'alignementsvolcaniqueocaniquesconsidrscommelatracelaisselasurfacedelalithosphremobilepardespanachesdemanteauchaudd'origineprofondeetfixedansunrepreliauglobe.Aintervallerguliercespanachespercentlalithosphreocaniquelaissantcesalignementscaractristiquesdevolcans.

Schmatisationd'unpointchaud

Connaissantl'gedeslavesdelachainedesvolcansparlesmmesmthodesradiochronologiquequeprcdemment,ilestpossiblededterminerl'orientationetlavitessededplacementdesplaquesaudessusdespointschauds.

PrenonsparexempledelaportiondechainevolcaniqueHawaMidway.Cettechaineenpartiesousmarine,orienteESEWNW,mesureenviron4200Kmdelongueur.LevolcanismeHawaestactuel,alorsqu'ilestgde27,4MaMidway.Laplaquepacifiques'estdoncdplacedeL'ENE(EstNordEst)versl'WSW(OuestSudOuest)unevitessedev=9,7cm.an1.Sionappliquesemmeraisonnementl'alignementvolcaniquedesmontsdel'Empereur,unpeuplusaunordmaistoujoursliaummepointchaud,onconstateundplacementduSSEversleNNWunevitessedev=10,25cm.an1.Onendduitquelavitessededivergenceocaniquevarielgrementaucoursdutempsetqueladirectiond'expansionestsujettedebrusqueschangement.Cesdplacementsdesplaqueslithosphriquesimpliquentdesmouvementsrelatifsdesplaqueslesunesparrapportauxautres.5LesmouvementsrelatifsdesplaqueslithosphriquesLesplaquessedplacentlesunesparrapportauxautresetchangentsanscessedesuperficie.Leursmouvementsetleursmodificationsdpendentdesphnomnesintervenantleurslimites. 51Desmouvementsauxfrontiresdesplaques3typesdemouvementspeuventtreobservsauxfrontiresdesplaqueslithosphriques:

desmouvementsdedivergence desmouvementsdeconvergence desmouvementsdecoulissage

511lesdorsales,deszonesdedivergencesLadivergencealieuauniveaudesdorsalesocaniquesquisontdesreliefscaractrissparuneactivitmagmatique.Elleestmatrialiseparl'cartementensensopposdedeuxpointssituschacunsuruneplaque.

512DesfrontiresconvergentesLaconvergencealieudansleszonesdesubduction(LOLOouLOLC)etleschainesdecollision(LCLC);elleestmatrialiseparlerapprochementdedeuxpointssituschacunsuruneplaque,ellecompenseaudformationprs,lacrationdelithosphredansleszonesdedivergence.

513Lesfaillestransformantes:deszonesdecoulissageCertaineszonesduglobesontenmouvementsbienqu'ellesnesoientnideszonesdedivergence,nideszonesdeconvergences.Lesmouvementsdesplaquesleurniveausetraduisentpardescoulissageshorizontauxraliseauniveaudefailles.Lesdeuxlaquessedplacentensensinversedepartetd'autredecesfaillesqualifiesdetransformantes.

52LesapportsdusystmeGPSdanslacinmatiquedesplaqueslithosphriquesLacinmatiquecorrespondl'tudedumouvementdesplaquesindividuellementetlesunesparrapportauxautres.LesystmeduGPS(GlobalPositionningSystem)reposesurdesmesuresfaitesparsatellite.Unsatelliteenvoieunsignalunebotederceptionsitueausol.Lavitessedul'ondemisetantconnue,letempsdeparcoursdusatellitelabaliseetdelabaliseausatellitepermetdecalculerladistancesparantlesatellitedelabalise.Desmesureseffectuerdesintervallesdetempsdiffrentspermetdesavoir,silabaliseausols'estdplace.Onpeutainsicalculersavitessededplacementainsiqueladirectiondesondplacement.Pourquelamesuresoitefficacelamesuredoittreeffectuepar4satellitesdiffrents.

LecumuldesdonnesGPSsurplusieursannespermetderaliserlacaredelacinmatiqueglobaledesplaqueslithosphriquesetnotammentdudplacementrelatifsdesplaqueslesunesparrapportauxautres.

Conclusion:Desobservations,essentiellementralisesdanslesocans,etdontledbutaplusd'unsicle,ontpermisd'laborerlathoriedelatectoniquedesplaquesselonlaquellelalithosphreestdcoupeenplaquesanimesdemouvementsrelatifsdedivergence,convergenceetcoulissage.Ellessebasentsurlaformedescontinents,lafauneetlaflorefossiles,desformationsgologiquescontinentales,lessdimentsocaniquesetlesanomaliesmagntiquesdesfondsocaniques.CesinformationssontrelayesactuellementparlatechniquemoderneduGPS.Complterleschmabilansuivantl'aidedesconnaissancesdecechapitre

CHAPITRE 12 LA LITHOSPHRE ET LA TECTONIQUE DES PLAQUES1-Organisationde la partie externe : les lithosphres ocanique et continentale2-La lithosphre est dcoupe en plaques de dimensions et de compositions variables3-La mobilit horizontale de la lithosphre : la Thorie de la tectonique des plaques3-1-De la drive des continents d'Alfred Wegener (1912).3-2-A la drive des plaques lithosphriques de Harry Hess ( 1962)

4-Les preuves de la Thorie de la tectoniques des plaques par Vine et Matthews (1963)4-1-Le magntisme fossile et la datation des sdiments ocaniques viennent confirmerl'expansion des fonds ocaniquesA-Dfinitionet caractristiques du champ magntique terrestreB-Le magntisme rmanent des rochesC-Les ges des sdiments ocaniques confirment le renouvellement des fonds ocaniques

4-2-Les points chauds permettent de calculer la vitesse de la drive des plaqueslithosphriques

5-Les mouvements relatifs des plaques lithosphriques5-1-Des mouvements aux frontires des plaques5-1-1-les dorsales, des zones de divergences5-1-2-Des frontires convergentes5-1-3-Lesfailles transformantes : des zones de coulissage

5-2-Les apports du systme GPS dans la cinmatique des plaques lithosphriques