Chapitre 16 La Terre planète active

Volcans, séismes, tectonique des plaques

MAITRISE DES SAVOIRS DISCIPLINAIRES

Thème Volcans, séismes, tectonique des plaques cf. fiches connaissances n° 22

Faire le point sur ses connaissances

Volcanisme et séismes sont des manifestations externes de l'activité interne de la planète terre. Ces phénomènes trouvent dans la théorie de la tectonique des plaques quelques explications sur leur origine. Question 1 Qu’est-ce qu’un volcan ? Qu’est-ce que le volcanisme ?

Un volcan est une faille par laquelle sont émis des produits solides de différentes tailles, des produits plus ou moins liquides et des produits gazeux. Ces produits issus du magma et de la roche préexistante fragmentée construisent les édifices volcaniques. L’aspect des édifices et les caractéristiques des éruptions dépendent des propriétés de la lave, c’est-à-dire de sa composition chimique. Un volcan peut être en activité (volcans des Antilles : montagne Pelée à la Martinique, Soufrière en Guadeloupe ; Piton de la Fournaise à La Réunion…) ou non (plus de mille volcans endormis ou éteints sont localisés dans le Massif Central). Le volcanisme est une manifestation visible et spectaculaire d’une activité profonde du globe terrestre donnant naissance à des volcans de différents types. Question 2 Donnez la définition d’un séisme.

Un séisme ou tremblement de terre est une manifestation brutale et brève qui affecte la surface terrestre et modifie plus ou moins les paysages. Question 3 Donnez une explication de l’apparition de ces phénomènes en certains lieux de la Terre.

Cf. Apports de connaissances, § 4 : La dynamique de la lithosphère : un modèle explicatif.

Apports théoriques 1. Volcans 1.1. Définition Cf. Faire le point sur ses connaissances, question 1. 1.2. Différents types d’éruptions volcaniques Les éruptions volcaniques sont caractérisées par l’arrivée d’un magma, matière minérale en fusion, à la surface du globe, au niveau de fissures ou de cratères.

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Il existe plusieurs types d’éruptions volcaniques, certaines explosives, d’autres effusives. La différence tient à la nature du magma puis de la lave, elle-même fonction de sa composition chimique. Plus la lave est riche en silice, plus elle est acide et visqueuse, et plus l’éruption est explosive. A l’opposé, une lave pauvre en silice est fluide et s’écoule sans explosion. Le tableau ci-dessous montre les corrélations que l’on peut établir entre les caractéristiques de la lave, sa composition chimique, le type d’édifice volcanique et d’éruption. Document 1 Différents types de volcanismes

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1.3. Origine du magma et de la lave L’intérieur du globe terrestre est constitué de matière solide jusqu’à 2 900 km. Il n’existe pas de couche continue de magma. Le magma prend en général naissance dans le manteau supérieur solide par fusion partielle et ponctuelle des roches qui le composent, lorsque les conditions physico-chimiques locales (pression, température, eau…) sont adéquates. L’élévation de la température avec la profondeur (3 degrés par 100 mètres) devrait entraîner la fusion des roches mais la pression exerce un effet contraire. Entre 70 et 200 km de profondeur, les conditions sont telles que ces roches surchauffées se dilatent, leur densité diminue ; elles ont donc tendance à remonter et s’accumulent en formant des réservoirs plus ou moins profonds de magma.

A l’occasion d’une faille, ce magma remonte et peut atteindre la surface, il prend le nom de lave. Sa température est comprise entre 700 ° et 1 200 °C. Les laves fluides sont de nature andésitique, les laves visqueuses de nature basaltique 1. En refroidissant la lave donne naissance à des roches magmatiques volcaniques.

Document 2 Origine de la lave

1 Cf. andésite et basalte dans le tableau du document 1.

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1.4. Déclenchement d’une éruption volcanique Plusieurs facteurs entrent en jeu dans le déclenchement d’une éruption volcanique. A l’échelle locale, la présence de réservoirs superficiels, de fractures, d’eau, la nature du magma, les gaz qu’il contient, les variations de pression et de température… participent au déclenchement d’une éruption. L’augmentation de pression dans les réservoirs superficiels, due à une remontée de magmas plus profonds, peut entraîner une rupture du toit de la chambre magmatique, une dépressurisation et le passage des gaz de l’état dissous 2 à l’état gazeux, favorisant la remontée du magma. Pour sortir, la lave doit vaincre la résistance des matériaux qui obstruent la faille, encore appelée cheminée. Une éruption volcanique est précédée de signes précurseurs, comme l’activité sismique, le gonflement du volcan, qui sont l’expression des pressions s’exerçant dans les réservoirs superficiels. Des bruits, des poussées de chaleur et des fumerolles sont également décelables. A l’échelle du globe terrestre, les mouvements de convergence et de divergence des plaques sont à l’origine des fractures et de la formation de magma (cf. Apports théoriques § 4). 2. Séismes 2.1. Définition Cf. Faire le point sur ses connaissances, question 2. 2.2. Origine des ondes sismiques : rupture des roches en profondeur Les mouvements brefs du sol qui caractérisent un séisme sont dus à l’arrivée d’ondes transmises dans le globe terrestre à partir d’un point de rupture des roches appelé foyer. En profondeur en effet, les roches subissent en permanence de fortes contraintes qui les déforment (mouvement de convergence ou de divergence des terrains) et, au-delà d’un seuil de déformation, ces contraintes entraînent des ruptures à l’origine d’ondes, de secousses, de formation de failles ou de remise en mouvement de failles préexistantes. Un séisme est donc à la fois une rupture et un émetteur d’ondes. Document 3 Origine d’un séisme

Le lieu de rupture de ces roches en profondeur est appelé le foyer du séisme (situé en général dans la lithosphère). Le lieu à la surface terrestre situé à la verticale du foyer est appelé épicentre.

2 Les gaz moins solubles à basse pression forment des bulles qui entraînent le magma vers la surface comme dans une bouteille de champagne à l'ouverture.

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2.3. Intensité et puissance d’un séisme Les ondes sismiques entraînent des secousses plus ou moins perceptibles en surface et des dégâts d’importance variable. Ce sont ces effets destructeurs qui ont servi à établir des échelles de référence pour déterminer l’intensité d’un séisme. L’échelle M.S.K. 3 comprend douze degrés depuis la secousse non perceptible humainement jusqu’à celle qui bouleverse la topographie du sol. L’épicentre est le point de la surface du globe où l’intensité du séisme est la plus fortement ressentie. D’autres échelles plus objectives sont fondées sur l’enregistrement de ces ondes à l’aide d’appareils de mesure (sismographes et sismomètres électroniques) situés dans de nombreuses stations sismiques réparties à la surface de la terre. La comparaison de l’amplitude des vibrations enregistrées donne la magnitude ou puissance d’un séisme, c'est-à-dire l’énergie libérée par le séisme au niveau du foyer. L’étude des enregistrements ou sismogrammes montrent que trois types d’ondes se propagent à des vitesses différentes : les ondes P ou ondes premières les plus rapides, les ondes S ou ondes secondes et les ondes L plus lentes. La vitesse des ondes variant en fonction de la nature et de la densité des roches traversées, l’analyse de leur propagation a permis aux géophysiciens d’établir que la terre n’a pas une structure homogène et d’en donner un modèle en couches concentriques (cf. Apports théoriques, document 2). 3. Localisation comparée des séismes et des volcans 3.1. Volcans et séismes sont localisés sensiblement dans les mêmes zones du globe terrestre : les zones actives Document 4 Répartition des séismes et du volcanisme à la surface du globe

3 Échelle la plus récente, établie en 1964 par trois sismologues européens, Medvedev, Sponheuer, Karnik.

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Les manifestations externes de l’activité de la Terre ne sont pas réparties de façon aléatoire à la surface du globe. Les séismes sont essentiellement situés à l’aplomb des fosses océaniques, au niveau des chaînes de montagnes et des dorsales océaniques 4. Le volcanisme continental (andésitique en Italie et en Inde, basaltique en Afrique de l’Est) et le volcanisme de bordure de continents (andésitique) situé le long des fosses océaniques 5 (pourtour du Pacifique, Antilles) se trouvent dans les mêmes zones géographiques que les séismes continentaux et de bordures de continents. Le volcanisme océanique (basaltique) localisé au large des océans se situe comme les séismes sous-marins au niveau de grandes lignes appelées dorsales. 3.2. Volcans et séismes sont situés aux frontières des plaques lithosphériques Toutefois certains volcans ne se rattachent pas aux localisations précédentes. Ils sont isolés (Hawaï, Cameroun…) au milieu d’une plaque océanique ou continentale et semblent prendre naissance à l’aplomb d’une anomalie thermique profonde : on parle de volcanisme de point chaud. Dorsales et fosses océaniques correspondent à des zones d’instabilité de la lithosphère, partie superficielle de la Terre dont nous allons préciser la structure et le fonctionnement. 4. La dynamique de la lithosphère : un modèle explicatif 4.1. La lithosphère (cf. § 1.3, doc. 2) C’est la partie externe de la Terre ; d’une épaisseur de 70 à 100 km, elle est formée de la croûte 6 et de la partie supérieure du manteau 7. La nature de la croûte et son épaisseur différencient la lithosphère océanique (composition basaltique, 7 km) de la lithosphère continentale (composition granitique, 30 km). La lithosphère rigide repose sur l’asthénosphère moins rigide et déformable. Elle est découpée en plaques qui se déplacent horizontalement les unes par rapport aux autres à une vitesse de un à quelques centimètres par an. 4.2. La notion de plaque lithosphérique Une plaque lithosphérique (formée d’une partie supérieure refroidie du manteau et d’une partie de croûte océanique ou continentale) est une surface géologiquement peu active dont les bords aux reliefs particuliers, chaînes de montagne plissées, dorsales, fosses, constituent les frontières actives (volcans, séismes). La surface du globe est découpée en douze plaques lithosphériques 8 d’inégale superficie et épaisseur. Les unes sont constituées de lithosphère océanique et continentale, les autres de lithosphère océanique. Il n’existe pas de plaque formée uniquement de lithosphère continentale. Ces plaques sont en mouvement les unes par rapport aux autres : elles divergent au niveau des dorsales, lieux où elles se forment ; elles convergent ailleurs.

4 Dorsale : relief des fonds océaniques formant une ligne continue orientée nord/sud dans l'Atlantique, contournant l'Afrique puis remontant vers le Golfe Persique et bifurquant au sud de l'Australie avant de se diriger vers le nord-est dans le Pacifique. 5 Fosse océanique : grande dépression d'une profondeur de 5 à 11 km, en bordure des continents. 6 Pour ce mot, voir Apports théoriques, document 2. 7 Idem. 8 Théorie mise au point par Jason Morgan en 1967.

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Les plaques se déplacent les unes par rapport aux autres. Les mouvements sont divergents, convergents ou coulissants 9. Le manteau solide est animé de mouvements de convection très lents, avec des parties ascendantes et descendantes reliées par des courants latéraux. Le sens de ces mouvements est lié à l’état thermique de la matière. Ces mouvements peuvent s’expliquer par la libération de l’énergie interne du globe, liée à l’existence d’éléments radioactifs, qui en se désintégrant produisent de la chaleur à l’origine des courants de convection. Des zones d’expansion au niveau des dorsales, frontières de divergence

Au niveau des dorsales (dorsale située entre l’Europe, l’Afrique et l’Amérique) à l’endroit où deux plaques s’écartent (divergence), du magma fluide et basique monte par cette fracture, s’écoule et se solidifie lentement formant une nouvelle croûte océanique : on parle de «renouvellement du fond océanique» ; sa superficie augmente au fur et à mesure de sa production : on parle d’ «expansion du fond océanique». Il y a 200 Ma (Ma = millions d’années) il n’y avait pas de fond océanique entre l’Afrique et l’Amérique du Sud, ces deux continents étaient soudés. Cette nouvelle lithosphère se refroidit, s’épaissit et devient plus dense. Elle dérive de part et d’autre de la dorsale en s’en éloignant. Document 5

9 Ce mouvement n’est pas développé dans ce chapitre (exemple de la faille de San Andreas en Californie).

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4.3. Les mouvements des plaques

Expansion et renouvellement des fonds océaniques

La planète ayant un volume et une surface pratiquement invariables, si de la lithosphère océanique est créée au niveau des dorsales, un volume équivalent doit disparaître ailleurs. C’est ce qui se produit au niveau d’autres zones actives associées aux grandes fosses océaniques. Des zones de subduction au niveau des fosses, frontières de convergence

La nouvelle lithosphère océanique créée au niveau des dorsales s’en éloigne peu à peu repoussée par de la croûte nouvelle en formation. Arrivée au niveau des fosses océaniques, la plaque océanique converge vers une plaque continentale ; plus dense (basalte, d = 2,9), elle plonge sous le bord continental de cette plaque moins dense (granite, d = 2,7), s’enfonce dans l’asthénosphère et disparaît : on parle de subduction. Les frottements des plaques entraînent une fusion partielle des roches, une remontée du magma et un volcanisme explosif, parfois des séismes. Des zones de collision, formation des montagnes, frontières de convergence

Les frontières de convergence ne se limitent pas aux zones de subduction de lithosphère océanique. Elles sont aussi représentées par les zones de collision entre les lithosphères continentales de deux plaques, conduisant à la formation d’une chaîne de montagne : l’exemple de l’Himalaya est donné dans la partie « Pour s’entraîner », question 5. Document 6 Subduction au niveau de la fosse andine

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Quelques erreurs à éviter

Erreurs

Corrigé

La lave provient du centre de la Terre. Il y a une couche continue de magma à l’intérieur de la Terre.

La lave provient du magma issu de la fusion partielle du manteau supérieur dans certaines conditions. Il n’y a pas de couche continue.

Les volcans sont provoqués par les séismes ou inversement.

Volcans et séismes sont les conséquences de la rencontre des plaques ou de leur divergence.

Les volcans et les séismes sont continentaux.

Volcans et séismes sont océaniques ou continentaux.

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Les dorsales sont des montagnes plissées sous-marines.

Les dorsales sont des reliefs sous-marins non plissées. Les chaînes de montagnes sont des reliefs plissés.

Une plaque est un continent.

Une plaque est une partie de lithosphère, jamais uniquement continentale.

Les continents seuls se déplacent.

Toute la surface de la planète (continents et océans) est animée de mouvements.

Les plaques flottent sur l’océan, sur un magma.

Les plaques sont en mouvement sur l’asthénosphère solide. Les mouvements sont dus à des courants de convection.

Les océans ont toujours existé.

Les océans naissent au niveau d’un rift (fossé d’effondrement) continental ; il y a d’abord amincissement de la croûte continentale par extension, puis rupture et formation de croûte océanique entre les deux bords faillés de l’ancien continent (exemple actuel de la Mer Rouge).

Mise en réseau des mots clés

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Ecartement ou divergence Formation de la lithosphère

Plaques : lithosphère

Courants de convection dans l’asthénosphère (un des moteurs) Désintégration des éléments radioactifs (énergie chaleur)

Mouvements des plaques

Rencontre ou convergence Disparition de lithosphère

Rencontre entre deux bords continentaux de plaques

Rencontre entre le bord continental d’une plaque et le bord océanique d’une autre plaque

Reliefs plissés : chaînes de montagnes

Métamorphisme

Subduction Collision

Volcanisme andésitique explosif

Séismes

Volcanisme basaltique effusif

Reliefs non plissés : dorsales

Pour s’entraîner Question 1 Quelle différence y a-t-il entre un volcan et une montagne ?

Un volcan est une fracture de la lithosphère qui fait communiquer un réservoir magmatique avec la surface du globe : il y a construction de roches nouvelles. Cf. Faire le point, question 1. Une montagne est le résultat de déformations de roches existantes, accompagnant les phénomènes de subduction et de collision. Les chaînes de montagne se forment le plus souvent aux frontières de plaques convergentes. Elles résultent de mouvements latéraux de compression et de mouvements verticaux. C’est un relief plissé. Question 2 Un séisme est caractérisé par son intensité et sa puissance. Quelle différence y a-t-il entre ces deux paramètres ? Comment peut-on les mesurer ?

Cf. Apports théoriques § 2. Question 3

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Expliquez ce qu’est l’expansion des fonds océaniques, ou bien, Comment le modèle de fonctionnement d’une dorsale explique-t-il l’éloignement de l’Amérique du Nord et de l’Europe ?

Cf. Apports théoriques § 4. Question 4 D’après le document intitulé « Position de l’Inde et de l’Asie à deux périodes différentes », décrivez ce qui se passait il y a 60 Ma et 23 Ma entre l’Asie et l’Inde. (Ma = millions d’années).

Le document représente la position de l'Inde par rapport à l'Asie à deux périodes différentes. Sur le bloc-diagramme « - 60Ma », l'Inde appartient à la plaque indo-australienne dont la partie océanique s'enfonce sous la partie continentale de la plaque asiatique : il s'agit d'un phénomène de subduction. Sur le bloc-diagramme « - 23 Ma », la partie océanique située antérieurement au nord de l’Inde a complètement disparu sous la plaque continentale de la plaque eurasienne, l’Inde est entrée en contact avec l’Asie : il s’agit d’un phénomène de collision.

Question 5 En intégrant les mots proposés, rédigez un texte résumant la théorie de la tectonique des plaques : plaques lithosphériques, énergie interne, mouvement de plaques, rencontre de plaques, disparition, transformation de matériaux, subduction, collision, éloignement de plaques, création de fond océanique, éruptions volcaniques, séismes, métamorphisme, plissement.

La partie supérieure du globe terrestre est un puzzle de plaques lithosphériques. L’énergie interne du globe terrestre est responsable de leur mise en mouvement. La rencontre de deux plaques entraîne la disparition et la transformation des matériaux les constituant (zone de subduction et de collision). L’éloignement de deux plaques est associé à la formation de nouveaux matériaux (zones de création de fond océanique). Au niveau de ces zones actives, l’énergie interne libérée est considérable et se manifeste à la surface du globe de façon visible et rapide sous forme d’éruptions volcaniques et de séismes. Elle se manifeste également de façon très lente non perceptible à l’échelle humaine, au niveau des matériaux de la lithosphère qu’elle transforme et participe aux phénomènes de métamorphisme et de plissement de la croûte terrestre.

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