Mise en évidence d'une mobilité des plaques lithosphériques - Maxicours

Mise en évidence d'une mobilité des plaques lithosphériques

Objectifs
  • Connaitre la structure en plaques de la lithosphère terrestre.
  • Comprendre les moyens d’observation de la mobilité des plaques lithosphériques.
Points clés
  • La lithosphère terrestre est découpée en plaques rigides (les plaques lithosphériques) qui se déplacent.
  • Différentes approches permettent de calculer la vitesse de déplacement des plaques lithosphériques à la surface de la Terre :
    • le volcanisme de point chaud,
    • la sédimentation océanique,
    • le paléomagnétisme,
    • le système GPS (suivi en temps réel, vitesse et orientation).
Pour bien comprendre
  • La structure interne de la Terre.
  • Des plaques en mouvement à la surface du globe.
1. Le découpage de la surface du globe en plaques lithosphériques (rappel)

L'étude de la variation de la vitesse des ondes sismiques en profondeur a permis de distinguer deux enveloppes — ou couches — terrestres : la lithosphère, découpée en plaques, qui repose sur l'asthénosphère, moins rigide. Ces deux couches sont séparées par la discontinuité LVZ.

La répartition des séismes et des volcans dans des bandes étroites permet de délimiter à la surface de notre planète une douzaine de plaques lithosphériques, rigides et mobiles les unes par rapport aux autres (documents 1 et 2).

 


Doc. 1 : Carte de la répartition mondiale des séismes et des volcans (ils se superposent)

 


Doc. 2 
: Les mouvements des plaques tectoniques

 

Afin de mettre en évidence les mouvements horizontaux des plaques lithosphériques, quatre approches peuvent être utilisées. Elles permettent de calculer la vitesse de déplacement des plaques lithosphériques à la surface de la Terre et de déterminer leur sens de déplacement.

2. Utilisation de la sédimentation océanique et du paléomagnétisme
a. La sédimentation océanique

Durant la fin des années 1960, un programme de forages profonds a été entrepris afin d’explorer les fonds océaniques (programme JOIDES, Joint Oceanographic Institutions Deep Earth Sampling). Plus de 270 forages ont été réalisés et ont permis de dater les séries sédimentaires au contact du basalte.

On constate que l’âge des sédiments est d’autant plus élevé que l’on s’éloigne de la dorsale. Ces observations permettent de mettre en évidence les mouvements de divergence de part et d’autre de l’axe de la dorsale.

En utilisant cette donnée et la distance qui sépare le point de forage de la dorsale, il est aussi possible de calculer la vitesse de déplacement de la plaque lithosphérique à différentes périodes de l’histoire de la Terre.

b. Le paléomagnétisme

Dans les années 1950, des mesures de l’intensité du champ magnétique océanique mettent en évidence l’existence d’anomalies magnétiques : des bandes parallèles à la dorsale d’anomalies positives et négatives alternent (document 3). L’exploitation des observations faites par Brunhes en 1906 sur l’inversion du champ magnétique dans les roches volcaniques terrestres permet alors de reconstituer la chronologie précise des inversions du champ magnétique terrestre. Ces données permettent de confirmer le calcul de la vitesse de déplacement des plaques lithosphériques de part et d’autre de la dorsale.

Doc. 3 : Profil magnétique du plancher océanique
3. Utilisation du volcanisme de point chaud

L’étude de la répartition des volcans à la surface de la Terre révèle que ces derniers sont en majorité alignés dans des zones étroites qui entourent les plaques lithosphériques. Toutefois, certains volcans sont localisés au centre des plaques lithosphériques formant des chaînes de volcans alignés, comme celle de Hawaï (document 4).

 
Doc. 4 : Mobilité des plaques lithosphériques au niveau des points chauds
 

Grâce à l’étude de la position actuelle des volcans, il est possible de déterminer l’orientation ainsi que la vitesse du déplacement de la plaque. En effet, chaque volcan de la chaîne s’est formé au niveau d’un même point chaud, siège d’une remontée de magma provenant de la limite manteau-noyau.

Lors du déplacement de la plaque, le volcan s’éloigne du point chaud et un nouveau volcan peut alors se former. Il est possible de dater le basalte de chaque volcan. En utilisant cette donnée et la position du volcan par rapport au point chaud actif, on peut alors calculer la vitesse de déplacement de la plaque lithosphérique et déterminer son sens de déplacement.

4. Utilisation des données GPS

Le système GPS (Global Positioning System) est un système permettant la géolocalisation d’un point à la surface de la planète (document 5). Il nécessite l’utilisation de 3 satellites.
Chaque satellite émet des ondes électromagnétiques dont on connaît la vitesse de déplacement. Ces ondes sont émises selon une sphère qui entoure le satellite. Le point à géolocaliser est équipé d’un récepteur qui capte les ondes émises par les satellites.

 
Doc. 5 : Principe de la géolocalisation par GPS


Le récepteur au sol mesure le temps de parcours de l’onde électromagnétique émise par le satellite. L’utilisation de 3 satellites permet un calcul très précis de la position du récepteur à la surface de la Terre (au millimètre près).

L’utilisation du système GPS permet aujourd'hui de suivre en temps réel le sens de déplacement des plaques lithosphériques et de calculer leur vitesse. Un grand nombre de stations géodésiques sont réparties à la surface de la Terre. Pour chaque station, le système GPS permet de définir un vecteur de déplacement qui indique l’orientation du déplacement et est proportionnel à la vitesse de déplacement.

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