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 Tectonique des plaques

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Zébulon
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MessageSujet: Tectonique des plaques   Sam 17 Nov - 23:35

 Carte des principales plaques tectoniques terrestres.

 Âges du plancher océanique (les rouges sont les plus jeunes).

La tectonique des plaques (du latin tardif tectonicus, dérivé du grec ancien τεκτονικός / tektonikós « de construction ») est un modèle scientifique expliquant la dynamique globale de la lithosphère terrestre. Ce modèle théorique a été constitué à partir du concept de dérive des continents, qui fut développé par Alfred Wegener au début du xxe siècle. La théorie de la tectonique des plaques fut acceptée par la communauté géologique internationale à la fin des années 1960, à la suite de l'émission des concepts du « double tapis-roulant océanique ».

La lithosphère, coque externe rigide de la Terre constituée de la croûte et d'une partie du manteau supérieur, est subdivisée en plaques, dites tectoniques ou lithosphériques. Quinze plaques majeures ont été identifiées, auxquelles se rajoute une cinquantaine de plaques mineures. Ces plaques ont des mouvements relatifs variés, ce qui génère entre elles différents types de frontières : convergentes, divergentes ou transformantes. Au niveau de ces frontières se produisent de nombreux phénomènes géologiques tels que les séismes, l'activité volcanique, la formation de chaînes de montagnes et celle de fosses océaniques. La vitesse du mouvement relatif de deux plaques voisines varie entre 0 et 100 mm/an.

Les plaques tectoniques sont constituées d'une lithosphère océanique et/ou continentale, caractérisée par les croûtes des mêmes noms respectifs, sous lesquelles se trouve la zone rigide du manteau supérieur.

Le mouvement de ces plaques est possible du fait que la lithosphère, rigide, flotte sur l'asthénosphère sous-jacente, partie ductile du manteau supérieur. Ce mobilisme lithosphérique est l'expression des mouvements de convection qui animent le manteau terrestre, mécanisme permettant à la Terre de dissiper sa chaleur interne vers la surface.

 Pont entre 2 plaques, en Islande.


Histoire

Dérive des continents

Pendant plusieurs siècles, les sciences de la Terre ont été dominées par la théorie fixiste qui repose sur le constat de l'état solide de la quasi-totalité du globe terrestre et de la surface terrestre qui présente une géométrie immuable, stable. Jusqu'au début du xxe siècle, la mobilité verticale de la terre est admise (d'après l'observation des séismes, des volcans en formation) mais pas la mobilité horizontale. Les hommes de science, imprégnés de la théorie de l'uniformitarisme qui s'est imposée à la fin du xixe siècle, continuent à croire ferme à la pérennité des mers et des continents. Pourtant, quelques mobilistes (tenants de la théorie mobiliste qui considère que d'importants mouvements horizontaux animent la Terre) se sont exprimés.

Dès 1596, dans son ouvrage Thesaurus geographicus, le cartographe hollandais Abraham Ortelius remarque la ressemblance du tracé des côtes américaines et africaines. Il émet l’hypothèse que ces continents ont autrefois été réunis, et qu’ils ont été séparés à la suite de catastrophes : inondations et séismes. Francis Bacon souligne également cette complémentarité en 1620. Dans la Corruption du grand et petit Monde (1668) le père François Placet affirme que la séparation de l'Amérique du reste des continents s'est produite pendant le déluge universel. En 1756, le théologien allemand Theodor Christoph Lilienthal (de) découvre la confirmation biblique de cette séparation en interprétant avec peu de vraisemblance un passage du livre de la Genèse. Le pas final vers une vraie théorie de la dérive des continents revient en 1858 au géographe Antonio Snider-Pellegrini dans son mémoire intitulé La Création et ses mystères dévoilés. Il propose une première ébauche d'explication rationnelle de la complémentarité des côtes d'Europe et d'Amérique du Nord par la ressemblance des flores fossiles du Carbonifère dans ces deux continents. Pour Snider, un bloc primitif de roches en fusion aurait occupé une seule face de la Terre puis, refroidi, se serait rompu, créant l'Atlantique qui sépare les deux continents ; ceux-ci se seraient ensuite déplacés à la surface de la Terre. Cependant Snider, tenant de l'orthodoxie chrétienne, invoque encore la théorie du catastrophisme pour attribuer le phénomène du refroidissement au Déluge. Le géologue Frank Bursley Taylor formule en 1908, dans une communication à la Société américaine de géologie), l'hypothèse de la dérive continentale, se fondant sur le fait qu'on retrouve des chaînes de montagnes sur les marges continentales opposées des côtes atlantiques, comme les Rocheuses en Amérique du Nord et les Andes en Amérique du Sud. Ces chaînes se seraient formées par un effet de boutoir causé par la dérive des continents.

La théorie fixiste reste cependant dominante et seuls les déplacements verticaux demeurent expliqués. Le géologue Léonce Élie de Beaumont développe l'hypothèse de « systèmes de soulèvement » pour expliquer l'orogenèse. À la fin du xixe siècle, Eduard Suess remplace l'hypothèse des « soulèvements » par celle des « affaissements » : adepte de la théorie de la contraction de la Terre, il propose que les montagnes résultent de plissements tandis que les océans proviennent de l'effondrement des ponts terrestres. Cependant, plusieurs contraintes (distribution bimodale des altitudes, quasi-constance de la gravité à la surface du globe) rendent ces modèles fixistes inopérants.

Le 6 janvier 1912, le météorologue allemand Alfred Wegener, sans connaître semble-t-il les travaux de Taylor, présente à la Société géologique de Francfort-sur-le-Main un exposé cohérent et argumenté de la théorie de la dérive des continents, avec plusieurs éléments de démonstration, ce qui explique que la paternité de cette théorie lui est attribuée. Pour lui, un supercontinent, la Pangée (mot formé de deux noms grecs, Pan, et gê, Terre tout entière) s'est disloqué au début de l'ère secondaire, entraînant l'ouverture de l'Atlantique Nord et la séparation de l'Antarctique, puis l'ouverture de l'Atlantique Sud. Depuis cette ère, les masses continentales issues de cette fragmentation dériveraient à la surface de la Terre, telles des radeaux. Wegener publie un ouvrage en 1915, Genèse des océans et des continents : théories des translations continentales, dans lequel il précise les nombreuses preuves sur lesquelles il s'appuie : preuves morphologiques (emboîtement des formes des continents, comme la corne nord-est du Brésil et le fond du golfe de Guinée), stratigraphiques (continuité stratigraphique entre l'Afrique et l'Amérique du Sud qui se traduit par l'existence des cratons faits de tonalites ou boucliers qui datent du Paléozoïque), paléoclimatiques (existence de galets striés datant du primaire en Afrique du Sud et en Amérique du Sud, ce qui témoigne que les deux continents ont subi les mêmes influences glaciaires durant l'ère Paléozoïque) et paléontologiques (même faune et flore du primaire au rang desquelles les mésosaures, les cygnonatus et les glossoptéris, sorte de fougère à graines du Paléozoïque).

Cette intuition, pourtant étayée par des arguments interdisciplinaires convaincants, est rejetée par une bonne partie de la communauté scientifique (Du Rietz (de), Ludwig Diels ou Harold Jeffreys) et ne trouve que peu de partisans, tel René Jeannel. Wegener échoue en effet dans sa théorie cinématique (théorie mobiliste plus descriptive que causale) à fournir une cause plausible de cette dérive. Il pense que la croûte continentale seule se déplace, en glissant directement « dans » ou « à la surface de » la croûte océanique. Mais, dans cette vision théorique marquée encore par un certain fixisme (la dérive des continents de Wegener est d'abord une théorie de la permanence des continents), la dérive se caractérise par la formation de trous béants. Wegener propose comme explication le broutage des continents sur le fond des océans pour expliquer la dérive. De plus, l'hypothèse des « radeaux » de sial flottant sur le sima visqueux n'est pas acceptable car les sismogrammes démontrent que le sima est solide. Enfin, les forces imaginées par Wegener (forces centrifuges de la fuite des pôles, force d'Eötvös, effet de marée) pour faire dériver les continents sont trop faibles pour vaincre leur rigidité.

Accrétion de matériau mantellique remontant à l'axe des dorsales océaniques.

Les mécanismes et la morphologie interne de la Terre sont à cette époque encore inconnus pour une interprétation plausible de la dérive. De plus, les géologues considèrent implicitement les fonds marins comme ayant une nature identique à celle des continents.

Le modèle actuel

On admet à présent que les plaques tectoniques sont portées par les mouvements du manteau asthénosphérique sous-jacent, et subissent des interactions dont les trois types principaux sont la divergence, la convergence, et le coulissage. À ces trois types d'interaction sont associées les trois grandes familles de failles :

- une faille normale est divergente (extensive) ;
- une faille inverse est convergente (compressive) ;
- un décrochement est transcurrent (les axes d'extension et de compression sont dans le plan horizontal).

Schéma général des différents types de volcanisme associés aux mouvements des plaques tectoniques.

Moteur du déplacement

La Terre possède une chaleur importante du fait de la radioactivité (désintégration du potassium, de l'uranium et du thorium) et de la chaleur d'accrétion initiale. Elle se refroidit en évacuant la chaleur à sa surface. Pour cela, on connaît trois mécanismes : conduction thermique, convection et transfert radiatif. Au niveau du manteau terrestre, la majeure partie du flux de chaleur est évacuée par la mise en mouvement des roches. C'est cette convection mantellique qui est le moteur de la tectonique des plaques. La convection est induite par la présence de matériel chaud (donc moins dense) sous du matériel moins chaud (donc plus dense). Ces mouvements sont très lents (de l'ordre de 1 à 13 cm/an) et favorisés par la lubrification par l’eau de mer et les sédiments qui réduisent les frottements entre les plaques.

Jusqu'à peu, les géologues considéraient que le couplage mécanique entre les mouvements de l'asthénosphère et de la lithosphère était le principal moteur de la tectonique des plaques. L'importance de ce couplage entre la lithosphère (rigide et cassante) et l'asthénosphère (manteau sous-jacent ductile et déformable) est remise en cause. L'origine de la force qui rend les plaques mobiles est discutée :

Elle peut être liée sur toute la surface de la plaque à la contrainte cisaillante entre la lithosphère et l'asthénosphère (liée à la convection, et à l'importance du couplage entre la lithosphère et l'asthénosphère).
Elle peut être due au poids de la lithosphère entraînée par subduction, qui tire vers la zone de convergence tout le reste de la plaque (écoulement gravitaire).

Elle peut être due à l'altitude plus élevée de la lithosphère au niveau de la dorsale (écoulement gravitaire), qui induit une poussée sur le bord de la plaque à la ride (la formation de la lithosphère pousse toute la plaque).

 Carte de l'activité tectonique soulignant les limites de plaque.


Ces possibilités ne sont pas exclusives, mais les contributions relatives dans le mouvement sont très discutées et dépendent des études, en particulier le rôle du couplage entre la lithosphère et l'asthénosphère, considéré comme majeur jusque dans les années 1990 est fortement remis en question.

Alors que les plus anciennes traces de tectonique des plaques dataient de 2,5 milliards d'années, une équipe internationale de chercheurs en géosciences en 2007 fait remonter cette tectonique à 3,8 milliards d'années au début de l'archéen. L'analyse d'inclusions dans les diamants de la ceinture de roches vertes d'Isua (en) a révélé la présence d'éclogite caractéristique de la subduction d'une plaque océanique. Un modèle numérique de tectonique des plaques en deux dimensions suggère que vers 4 milliards d’années commencent à se former les plaques tectoniques et que la tectonique s’est généralisée 1 milliard d’années plus tard : les mouvements descendants de l'asthénosphère étirent les roches de la partie mantellique de la lithosphère et déforment la taille des grains de la péridotite composant cette partie, ce qui la fragilise sur une période d'environ 10 millions d'années. La convection mantellique se déplaçant au cours du temps, les zones fragilisées qui ne sont plus soumises à la déformation voient leurs minéraux grossir, ce qui « cicatrise » la lithosphère sur une période d'un milliard d'années. En 2016, une modélisation thermomécanique suggère que ce sont les panaches qui, en brisant la croûte terrestre ont formé les premières plaques.



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