Chapitre 1 : La dynamique interne de la Terre

I. La structure du globe terrestre

A/ Des contrastes entre les continents et les océans

23/ La distribution bimodale des altitudes observée entre continents et le fond des océans reflète un contraste géologique, qui se retrouve dans la nature des roches et leur densité.

24/ Si la composition de la croûte continentale présente une certaine hétérogénéité visible en surface (roches magmatiques, sédimentaires, métamorphiques), une étude en profondeur révèle que les granites en sont les roches les plus représentatives.

B/ L’apport des études sismologiques et thermiques à la connaissance du globe terrestre

25/ Un séisme résulte de la libération brutale d’énergie lors de rupture de roches soumises à des contraintes.

26/ Les informations tirées du trajet et de la vitesse des ondes sismiques permettent de comprendre la structure interne de la Terre :

- croûte – manteau – noyau : modèle sismique PREM (Preliminary Reference Earth Model),

- comportement mécanique du manteau permettant de distinguer lithosphère et asthénosphère ;

- état du noyau externe liquide et du noyau interne solide.

27/ Les études sismologiques montrent les différences d’épaisseur entre la lithosphère océanique et la lithosphère continentale.

28/ L’étude des séismes au voisinage des fosses océaniques permet de différencier le comportement d’une lithosphère cassante par rapport à une asthénosphère plus ductile.

29/ La température interne de la Terre croît avec la profondeur (gradient géothermique).

30/ Le profil d’évolution de la température interne présente des différences suivant les enveloppes internes de la Terre, liées aux modes de transfert thermique : la conduction et la convection.

31/ Le manteau terrestre est animé de mouvements de convection, mécanisme efficace de transfert thermique.

32/ La propagation des ondes sismiques dans la Terre révèle des anomalies de vitesse par rapport au modèle PREM. Elles sont interprétées comme des hétérogénéités thermiques au sein du manteau.

Notions fondamentales : contraintes, transmission des ondes sismiques, failles, réflexion, réfraction, zones d’ombre.

II. La dynamique de la lithosphère

A/ La caractérisation de la mobilité horizontale

33/ La lithosphère terrestre est découpée en plaques animées de mouvements.

34/ Le mouvement des plaques, dans le passé et actuellement, peut être quantifié par différentes méthodes géologiques : études des anomalies magnétiques, mesures géodésiques, détermination de l’âge des roches par rapport à la dorsale, alignements volcaniques liés aux points chauds.

35/ La distinction de l’ensemble des indices géologiques et les mesures actuelles permettent d’identifier des zones de divergence et des zones de convergence aux caractéristiques géologiques différentes (marqueurs sismologiques, thermiques, pétrologique).

B/ La dynamique des zones de divergence

36/ La divergence des plaques de part et d’autre des dorsales permet la mise en place d’une nouvelle lithosphère. Celle-ci se met en place par apport de magmas mantelliques à l’origine d’une nouvelle croûte océanique.

37/ Le magmatisme à l’aplomb des dorsales s’explique par la décompression du manteau.

38/ Dans certaines dorsales (dorsales lentes) l’activité magmatique est plus réduite et la divergence met directement à l’affleurement des zones du manteau.

39/ La nouvelle lithosphère formée se refroidit en s’éloignant de l’axe et s’épaissit. Cet épaississement induit une augmentation progressive de la densité de la lithosphère.

40/ La croûte océanique et les niveaux superficiels du manteau sont le siège d’une circulation d’eau qui modifie les minéraux

C/ La dynamique des zones de convergence

- Les zones de subduction

41/ La lithosphère océanique plonge en profondeur au niveau d’une zone de subduction.

42/ Les zones de subduction sont le siège d’un magmatisme sur la plaque chevauchante.

43/ Le volcanisme est de type explosif : les roches mises en place montrent une diversité pétrologique mais leur minéralogie atteste toujours de magmas riches en eau.

44/ Ces magmas sont issus de la fusion partielle du coin de manteau situé sous la plaque chevauchante ; ils peuvent s’exprimer en surface ou peuvent cristalliser en profondeur, sous forme de massifs plutoniques. Ils peuvent subir des modifications lors de leur ascension, ce qui explique la diversité des roches.

45/ La fusion partielle des péridotites est favorisée par l’hydratation du coin de manteau.

46/ Les fluides hydratant le coin de manteau sont apportés par des transformations minéralogiques affectant le panneau en subduction, dont une partie a été hydratée au niveau des zones de dorsales.

47/ La mobilité des plaques lithosphériques résulte de phénomènes de convection impliquant les plaques elles-mêmes et l’ensemble du manteau.

48/ L’augmentation de la densité de la lithosphère constitue un facteur important contrôlant la subduction et, par suite, les mouvements descendants de la convection. Ceux-ci participent à leur tour à la mise en place des mouvements ascendants.

- Les zones de collision

49/ L’affrontement de lithosphère de même densité conduit à un épaississement crustal. L’épaisseur de la croûte résulte d’un raccourcissement et d’un empilement des matériaux lithosphériques.

50/ Raccourcissement et empilement sont attestés par un ensemble de structures tectoniques déformant les roches (plis, failles, chevauchements, nappes de charriage).

Notions fondamentales : morphologie d’une dorsale et d’une zone de subduction, failles normales et inverses, remontée asthénosphérique, magmatisme et roches associées, hydrothermalisme, augmentation de densité, panneau plongeant, fusion partielle, déformation, plis, chevauchement.