Transcript Modèle fixiste ( Cf TP n° 9 )

Chapitre 1 :
Histoire d’un modèle …
Intro :
Nous allons étudier comment l’idée d’une
mobilité horizontale des continents a été mise
en place au début du XXème siècle dans le
cadre de la théorie de dérive des continents.
Puis nous montrerons comment on est passé
progressivement de la théorie de dérive des
continents au modèle de tectonique des plaques
admis actuellement.
I / La mise en place de la théorie de
dérive des continents.
A/ Modèle fixiste ( Cf TP n° 9 )
Au début du XXème siècle, la majorité des scientifiques
admettent l’idée que les continents sont des structures
fixes à la surface de la Terre.
Les océans sont perçus à l’époque comme résultant d’un
effondrement localisé des blocs continentaux (du à la
contraction de l’écorce terrestre lors du refroidissement)
Ainsi les continents ne seraient pas ou peu mobiles
horizontalement mais mobiles verticalement ( les blocs de
SIAL peu denses s’enfonceraient au sein d’une couche de
SIMA plus dense )
B/ Modèle mobiliste ( Cf TP n° 9 )
Au début du XXème siècle, un certain nombre de
scientifiques ( dont Alfred Wegener ) émettent l’idée d’une
mobilité horizontale des continents.
Dans le cadre de cette théorie tous les continents (SIAL)
auraient été réunis autrefois en un super-continent
(Pangée) et se seraient ensuite séparés en dérivant sur une
couche de SIMA profonde et plus dense.
Cette dérive des continents seraient ainsi à l’origine des
océans séparant actuellement différents continents.
C/ Les arguments à l’appui des différents modèles
( cf TP 9)
1/ Arguments paléontologiques
La présence de fossiles animaux terrestres appartenant à
la même espèce et datés de la même époque ont été
retrouvés sur des continents aujourd’hui séparés par de
grandes masses océaniques.
Pour les « mobilistes » cela ne peut s’expliquer que par une
dérive des continents qui aurait séparé ces différents
représentants de la même espèce.
Pour les « fixistes » cela peut très bien s’expliquer par un
effondrement central d’un grand bloc continental qui
aboutit aux mêmes conséquences.
2/ Arguments géographiques
On observe un certain parallélisme des côtes continentales
( ex: Amérique du Sud et Afrique )
Pour les « mobilistes » cela ne peut s’expliquer que par une
dérive des continents qui aurait séparé ces différents
continents autrefois réunis en une seule masse
continentale.
Pour les « fixistes » cela relève plus du hasard et
constatent que l’emboitement des côtes reste imprécis.
D’autres arguments existent (paléoclimatiques, géologiques)
qui sont eux aussi utilisés par les fixistes et les mobilistes
pour étayer leur théorie.
D’autres faits d’observation cependant ont tendance à
valider préférentiellement un modèle ou un autre.
3/ Arguments topographiques
On observe sur l’ensemble du globe terrestre 2 zones
d’altitudes privilégiées = répartition bimodale des altitudes
-altitudes entre 0 et 1000 m
-altitudes entre -4000 et -5000m
Cela conforte le modèle mobiliste car les deux pics
d'altitude, s'expliquent aisément si on admet que les
substrats continentaux et les océaniques sont de nature et
de densité différentes
Selon le modèle fixiste en effet on aurait du avoir une
distribution « gaussienne » des altitudes autour d’une seule
et même altitude moyenne.
4/ Arguments physiques
Au début du Xxème siècle le globe est connu pour être
sous forme solide jusqu’à 2900km de profondeur
( avec une rigidité au moins comparable à l’acier )
Ceci est repris par les fixistes pour réfuter l’idée d’une
dérive possible des continents solides sur une couche en
profondeur elle-même solide.
De plus à cette même époque on ne connait aucune force
suffisante capable de déplacer de grandes masses
continentales horizontalement.
BILAN
La théorie de dérive des continents s’appuie sur un grand
nombre d’arguments provenant de différents domaines
d’observation ( géographiques, géologiques,
paléontologiques… ).
Cette théorie explique en particulier certains phénomènes
non explicables facilement par le modèle fixiste ( chaines
de montagnes, enfoncement du SIAL dans le SIMA … ).
Cependant les arguments de Wegener sont dans l’ensemble
balayés par les fixistes qui les reprennent à leur compte.
De plus, cette théorie se heurte au constat d’un état
solide de la quasi-totalité du globe terrestre et au fait
que Wegener est incapable de proposer un moteur
plausible à ces déplacements de continents.
En 1930, l’année de la mort de Wegener, en dépit de
ses efforts et malgré le soutien de quelques
personnalités éminentes (Argand, Staub) qui
l'appuient ou proposent des conceptions voisines
(Daly, Gutenberg), la théorie de la dérive est écartée
par la majorité de la communauté scientifique.
Les géologues et les géophysiciens n'ont pas su, ou pas
voulu, comprendre la clairvoyance de Wegener.
Pierre Termier écrit en 1924 :
« C'est un beau rêve, le rêve d'un grand poète. Mais
essaye-t-on de l'étreindre, on s'aperçoit n'avoir dans
les bras que de la vapeur, de la fumée. Elle attire, elle
intéresse, elle amuse l'esprit, mais la solidité lui
manque » (Pierre Termier, La Dérive des continents,
Monaco, 1924).
II / Vers une compréhension de la
structure interne du globe grâce à l’étude
des ondes sismiques
A / Mode de propagation des ondes sismiques
En 1ère approximation on peut considérer qu’une onde
sismique se propage uniquement dans le sous-sol de façon
comparable à une onde lumineuse.
On définit ainsi par analogie aux rayons lumineux des
raies sismiques qui représentent les trajectoires des
ondes.
Ces raies sismiques obéissent aux lois de
réflexion/réfraction connues pour les rayons lumineux se
propageant dans des milieux différents.
station du réseau sismologique
 en km
 en °
Foyer
épicentre
L’enregistrement des ondes sismiques se
fait à l’aide de sismographes : on obtient
ainsi des sismogrammes
On repère ainsi l’arrivée de 3 principaux
types d’ondes sismiques :
- Ondes P ( primaires ) :
vitesse importante, ondes de
compression-décompression, propagation
dans les solides et les fluides.
Ondes S ( secondaires ) :
vitesse plus faible, ondes de cisaillement,
propagation dans les solides uniquement.
Ondes de surface :
grande amplitude et durée, ondes
circulaires, propagation dans la partie
superficielle du globe uniquement.
Lois de Descartes
F
V1
i
milieu 1
r
milieu 2
V2
milieu 1
F
i
i
r
milieu 2
r
Ces caractéristiques physiques de la propagation des
ondes sismiques expliquent leur trajet en courbe et non
en droite à l’intérieur du globe.
Ces caractéristiques physiques de la propagation des
ondes sismiques expliquent aussi la présence d’une zone
d’ombre ( zone non atteinte par les ondes sismiques )
de chaque coté du globe entre 105° et 142° par rapport
à l’épicentre.
Travail sur la zone d’ombre
avec logiciel ondes P
B/ Une organisation interne du globe dévoilée
( Cf TP n° 11 )
La vitesse des ondes P et S est inversement
proportionnelle à la densité du matériel traversé
et proportionnel au modules d’incompressibilité
et/ou de cisaillement propres au matériel
traversé.
La vitesse de propagation des ondes P et S
dépend donc du matériau traversé : leur étude
permet donc de déduire le type de roche
rencontrée en profondeur ( si on sait relier une
vitesse à un type de roche en particulier )
L’analyse des diverses ondes sismiques à
différents endroits du globe révèle ainsi une
organisation interne du globe en couches
concentriques de densités croissantes en fonction
de la profondeur et séparées par des
discontinuités majeures.
Cf planche + doc 3 page 121 livre
A connaitre en particulier : couches de la LO et
LC, épaisseurs de la LO et LC, épaisseurs de la
CO et CC, profondeur du Moho dans la LC et LO.
On distingue ainsi dans la partie superficielle du
globe une lithosphère ( LO ou LC ) au dessus d’un
manteau asthénosphèrique.
La lithosphère a un comportement rigide alors que
l’asthénosphère a dans l’ensemble un
comportement ductile ( en particulier dans une
zone de l’asthénosphère = LVZ située entre 120
et 250 km environ )
La limite basse de la lithosphère correspond à
l’isotherme 1300°C ( limite thermique au-delà de
laquelle la lithosphère perd sa rigidité pour
devenir ductile ).
Par l’étude de la propagation des ondes S ( qui ne
propagent pas dans les liquides ) on observe que
seul le noyau externe est de composition fluide
( magma ), le reste étant à l’état solide dans son
immense majorité.
III / La composition chimique des
enveloppes terrestres
A / Les enveloppes superficielles ( lithosphère et manteau
supérieur )
Pour connaître la composition chimique de ces enveloppes
on peut chercher à connaître la nature des roches qui
composent ces enveloppes ( car roches = assemblage de
minéraux = assemblages d’éléments chimiques )
1/ Etude de la lithosphère continentale ( Cf TP n°9 )
Elle est composée essentiellement de roches magmatiques
et métamorphiques ( mis à part une mince pellicule de
roches sédimentaires à la surface )
Composition de la crôute continentale :
-Partie supérieure : GRANITE
C’est une roche magmatique à texture grenue ce
qui implique un refroidissement lent en
profondeur du magma qui lui a donné naissance.
C’est une roche composée essentiellement de
Quartz, de Feldspaths ( orthose le plus souvent),
et de micas ( biotite ou muscovite ).
C’est une roche globalement riche en Silice et en
éléments alcalins ( K, Na ) et pauvre en éléments
ferro-magnésiens
Composition de la crôute continentale :
-Partie inférieure : GNEISS
C’est une roche métamorphique provenant de la
transformation d’un granite sous l’effet de
l’augmentation de la Pression et de la
Température.
Cette roche a donc une composition minéralogique
et chimique proche de celle du granite ( les
différences sont dues à l’apparition de nouveaux
minéraux et de la perte de certains éléments
chimiques au cours du métamorphisme ).
Composition du manteau lithosphérique :
- PERIDOTITES
C’est une roche magmatique à texture grenue ce
qui implique un refroidissement lent en
profondeur du magma qui lui a donné naissance.
C’est une roche composée essentiellement
d’Olivines et de pyroxènes.
C’est une roche globalement pauvre en Silice et
en éléments alcalins ( K, Na ) et riche en
éléments ferro-magnésiens
2/ Etude de la lithosphère océanique
( Cf TP n° 9 suite )
Elle est composée essentiellement de roches
magmatiques ( mis à part une mince pellicule de
roches sédimentaires à la surface )
Composition de la crôute océanique :
-Partie supérieure : BASALTE
C’est une roche magmatique à texture
microlithique ce qui implique un refroidissement
rapide en surface du magma qui lui a donné
naissance.
C’est une roche composée de :
- Phénocristaux : pyroxènes, plagioclase
- Microlites : plagioclases essentiellement
- Verre ( ou pâte ) : partie non cristallisée.
C’est une roche globalement pauvre en Silice et
en éléments alcalins ( K, Na ) et riche en
éléments ferro-magnésiens
Composition de la crôute océanique :
-Partie inférieure : GABBRO
C’est une roche magmatique à texture grenue ce
qui implique un refroidissement lent en
profondeur du magma qui lui a donné naissance.
C’est une roche composée essentiellement de
plagioclases et de pyroxènes ( composition
minéralogique donc chimique très proche du
basalte )
On peut donc supposer à ce stade que c’est le
même magma qui est à l’origine des basaltes et
du gabbro mais que ce magma a subi des
conditions de refroidissement différentes.
Composition du manteau lithosphérique :
- PERIDOTITES ( idem litho continentale )
Conclusion :
Les roches composant la lithosphère sont
essentiellement d’origine magmatique.
Ce qui différencie donc le plus la lithosphère
continentale et océanique est donc la composition
chimique du magma qui est à l’origine des roches
de la croûte.
B / Les enveloppes profondes ( manteau supérieur et
noyau )
La composition chimique du manteau supérieur est
sensiblement égale à celle des péridotites ramenées en
surface au cours des activités volcaniques.
Cette composition est attestée par les données sismiques.
La composition du noyau peut être déduite de la
comparaison de la composition chimique globale de la Terre
( = composition chondrites ) et de celle du manteau
( déduite des péridotites )  cf Travail en AP
Il apparaît ainsi que le noyau est composé principalement
de fer ( 90%) ainsi que de nickel et d’oxygène en plus
faibles proportions.
Conclusion finale:
La Terre est donc structurée en couches concentriques de
densités croissantes avec la profondeur et séparées par
des discontinuités majeures.
Le globe est solide dans sa grande majorité mis à part le
noyau externe qui est liquide ( magma ).
Les différentes enveloppes de la Terre ne présentent pas
la même composition chimique.
En particulier on constate qu’il existe 2 grands types de
lithosphères ( continentale et océanique ) qui ne possèdent
pas les mêmes compositions chimiques au niveau de leur
croutes.
Ceci tend à infirmer la théorie fixiste au profit de la
théorie de dérive des continents de Wegener.