Filières SV & STU

Module: Géologie II

Elément de module: Géodynamique interne

TECTONIQUE DES PLAQUES

Théorie de la Dérive des continents

Théorie de la Tectonique des plaques

Phénomènes géologiques associés à la tectonique des plaques

*Séismes

*Volcans

*Déformations tectoniques

ZAHOUR G.

E-mail: gh_zahour@yahoo.fr

I - Introduction:

La terre est constituée de plaques rigides lithosphériques qui glissent sur du matériel plastique asthénosphérique. L’étude du mouvement des plaques lithosphériques fait l’objet de la théorie de la tectonique des plaques. Celle ci qui permet d’expliquer les grands phénomènes géologiques internes comme les séismes, les volcans et les déformations tectoniques.

Cependant, avant la formulation de cette théorie, il y a eu une théorie précurseur, la théorie de la dérive des continents.

Modélisation de la dérive des continents

Plaques lithosphériques

La dérive des continents est une théorie proposée au début du siècle (1912) par le physicien-météorologue Alfred Wegener.

Ce dernier avait observé la similitude des lignes côtières entre l'Amérique du Sud et l'Afrique, et il a conclu l'idée qu'autrefois l'Afrique et l'Amérique ne formaient qu'un seul et même bloc qui se serait fragmenté en deux parties lesquelles se seraient ensuite éloignées l'une de l'autre. C'est la théorie de la dérive des continents.

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II - Un peu d’histoire:

Théorie de la dérive des Continents :

1. Le parallélisme des côtes de l’Océan Atlantique.

La ligne côtière Est du continent américain d’une part et la ligne côtière Ouest des continents africain et eurasiatique d’autre part, sont parallèles, ce qui suggère que ces deux ensembles constituaient autrefois deux parties d'un même bloc et d’un même continent appelé par Wegener: Pangée

II-1 - Les preuves de Wegener pour appuyer la théorie

de la dérive des continents

EA

A

AS

AN

Au

An

A: Afrique

EA: Eurasie

AN: Amérique du Nord

AS: Amérique du Sud

Au: Australie

An: Antarctique

Océan pacifique

Océan indien

Pangée de Wegener: Toutes les terres  émergées actuellement étaient regroupées jusqu’à la fin de l’Ere primaire (250Ma) en un super-continent: la Pangée. Les continents actuels proviendraient de la fracturation de la Pangée.

Pangée de Wegener

Reconstitution de la terre vers 200 Ma (Trias)

Il ya 200 Ma (Ere: secondaire, Système: Trias), la Pangée de Wegener se subdivise en deux grands continents séparés par un océan (appelé Téthys): Laurasia au Nord et Gondwana au Sud, avant d’évoluer vers la configuration actuelle.

(250Ma)

Reconstitution de la terre depuis la fin de l’Ere primaire (Permien) jusqu’à l’actuel

2. La répartition des fossiles.

Wegener retrouve sur les continents actuels, notamment de part et d'autre de l‘Océan Atlantique, des fossiles de plantes et d'animaux terrestres datant de 240 à 260 Ma.

Question: Comment ces organismes terrestres ont-ils pu coloniser des contienents continents éloignés les uns des autres, de part et d’autre de l’océan atlantique?.

Mesosaurus

Glossopteris

Cynognathus

Lystrosaurus

La réponse de Wegener est simple: autrefois entre 240 et 260 Ma, ces espèces terrestres vivaient sur un seul continent qui est la Pangée. Selon cette reconstitution, ces animaux présentent des aires de répartition cohérentes.

Cynognathus

Glossopteris

Mesosaurus

Lystrosaurus

Pangée

3. Les anciennes glaciations.

Sur certains continents actuels (cas de l'Amérique du Sud, de l'Afrique, de l'Inde, de l’Antarctique et l'Australie), on observe des dépôts glaciaires datant d'il y a 250 millions d'années, indiquant que ces continents ont été recouverts par des glaciations.

Question: Comment ces glaciations ont-elles pu couvrir des continents se trouvant dans les zones tropicales (sud de l'Afrique, Inde, Australie? Amérique de Sud)?. Cette répartition actuelle des glaciations n'est donc pas cohérente.

Répartition des dépôts glaciaires fini-paléozoïques

La réponse de Wegener: Le rassemblement des masses continentales permet d’expliquer la répartition des dépôts glaciaires datant d'il y a 250 Ma, ainsi qu'aux directions d'écoulement de la glace, mises en évidence sur plusieurs portions de continents.

Le pôle sud de la Pangée était recouvert, pendant la même période géologique il y a 250 Ma, d’une glaciation et que l'écoulement de la glace se faisait en périphérie de la calotte glaciaire.

Reconstitution des dépôts glaciaires il ya 250 Ma

4. La correspondance des structures géologiques.

La présence des blocs continentaux précambriens (boucliers) d’âge supérieur ou égale à 2 000 Millions d’Années (2 Milliard d’année) aussi bien en Afrique qu’en Amérique du Sud témoignent d’une correspondance des structures géologiques entre ces deux continents, et appuie l'argument de Wegener de l'existence du mégacontinent qui est la Pangée.

Bloc de São Luis

Bloc de Salvador

Remarque: La correspondance des structures géologiques paléozoïques (âge compris entre 470 et 350 Ma) entre l'Amérique du Nord (chaîne des Appalaches) et l'Europe (la chaîne calédonienne) appuie la théorie de Wegener de l’existence d’un seul continent à cette époque.

Le rapprochement des continents africain et américain (carte ci-après) montre que les deux petits blocs de São Luis et de Salvador se rattachent respectivement aux boucliers ouest-africain et angolais. La correspondance de ces structures géologiques appelés boucliers appuient l’hypothèse de la dérive des continents.

Bloc de São Luis

Bloc de Salvador

Bouclier Ouest -africain

Bouclier Angolais

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5 - Conclusion: Wegener a démontré, en tenant compte sur des arguments d’ordres géologiques et morphologiques, que les continents actuels ne formaient autrefois qu’un seul mégacontinent vers 240 MA: Pangée. Il a proposé l’hypothèse de la dérive des continents selon laquelle les continents ont dérivé les uns des autres vers 200 MA (Trias) sans qu’il puisse déterminer avec précision le mécanisme de cette dérive à l’époque.

Mais la théorie de Wegener est mise de côté par les scientifiques de l'époque, car il lui manquait de preuves quant au «moteur» de la dérive des continents. Wegener est mort en 1930 pendant qu'il explorait le Groenland et sa théorie est tombée dans l’oubli.

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III - TECTONIQUE DES PLAQUES

La théorie synthétique de la tectonique des plaques a été énoncée en 1967 par l’américain William Jason Morgan, le britannique Dan McKenzie et le français Xavier Le Pichon, tout en se basant sur des nouvelles données, provenant de l’étude des fonds océaniques.

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D’abord rappelons que la tectonique est une Science de la géologie qui étudie la nature et les causes des déformations des roches.

La tectonique des plaques est une théorie scientifique planétaire qui propose le découpage de la lithosphère (couche externe de la terre) en un certain nombre de plaques rigides (7 grandes plaques + d’autres microplaques) qui glissent sur l'asthénosphère, plus ductile.

III -1 Plaques tectoniques �Il y a en gros 7 grandes plaques tectoniques (plus d’autres microplaques)

Carte montrant les grandes plaques tectoniques

Carte des plaques et des microplaques tectoniques

plaques

Microplaques

Plaques et microplaques tectoniques

III -2 Frontières des plaques

Les mouvements des plaques définissent trois types de frontières (limites) de plaques:

Différentes frontières de plaques

III-2-1- Les frontières divergentes : Ce sont des frontières à partir desquelles il ya un éloignement de deux plaques l'une de l'autre. Elles correspondent à des rides océaniques ou des dorsales océaniques ou zones d’expansion océanique. Les dorsales désignent des chaînes sous-marines rencontrées dans tous les bassins océaniques et localisées à la limite de deux plaques lithosphériques divergentes. C’est le cas de la dorsale médio-atlantique, la dorsale est-pacifique…L'axe de la dorsale est le lieu de formation d'une croûte océanique. La croûte océanique est formée de basalte issus de la fusion partielle des roches du manteau profond.

Dorsale médio-atlantique

Dorsale Est-pacifique

Dorsale indienne

Les ophiolites peuvent être définies comme étant un fragment d’une lithosphère océanique ou encore une association de roches basiques (basaltes, gabbros) et ultrabasique (péridotites).

La présence des ophiolites, piégés par le phénomène d’obduction, dans des terrains anciens, témoignent d’une océanisation à l’époque.

Les différents prélèvements de la croûte océanique ont montré que :�- Celle-ci est composée de basaltes;

- Les basaltes deviennent de plus en plus jeunes en s’approchant de la dorsale (figure ci-après);�- L’âge des basaltes du plancher océanique ne dépasse pas 200 Ma. L’ouverture de l’océan atlantique est donc postérieur à l’époque triasique.

Arguments en faveur de

l’expansion océanique et de la

tectonique des plaques

Age de la croûte océanique de part et d’autre de la ride médio-atlantique

- La température lié au flux de chaleur est plus élevée au niveau des dorsales et diminue progressivement en s’éloignant de ces dorsales.�

Stade mer rouge

Stade Rift africain

Différents stades de formation d’un océan:

Donc l’ouverture océanique commence par un bombement lithosphérique, suivit par la formation d’un rift qui évolue vers la fin en océan.

Distension

Carte de la région du rift est-africain et Mer Rouge

Point triple RRR des Afars�La région des Afars est située à la jonction entre trois rifts : le rift est-africain au SO, la Mer Rouge au NO et le golfe d’Aden à l’Est : c’est ce que les géologues nomment un point triple ride-ride-ride (RRR).

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III-2-2 Les frontières convergentes : Ce sont des frontières où il ya rapprochement de deux plaques l'une de l'autre, compensant ainsi l’excès de masse produit par l'expansion océanique en d'autres zones du globe. Trois types de frontière de plaques convergentes existent :

- Des zones de Subduction. Il s’agit des zones où une plaque lithosphérique plonge sous une autre. On distingue deux types de subductions

* Subduction Océanique-continentale (zones de marges actives).

C’est un phénomène qui correspond à la convergence entre une plaque océanique et une plaque continentale. Dans ce type de subduction, la plaque océanique plus dense s'enfonce sous la plaque continentale.

Exemple: La chaîne des Andes de l‘Amérique du Sud qui résulte de la subduction de la plaque pacifique et de Nazca à l’Ouest sous la plaque américaine à l’Est.

Microplaque de Nazca

Plaque américaine

A

B

* Subduction océanique-océanique (zones d’arcs insulaires).

Elle résulte de la convergence entre deux plaques océaniques. Dans ce genre de subduction, une des deux plaques océaniques (la plus dense) s'enfonce sous l'autre. Exemple: Îles du Japon, de philippines…

Plaque eurasiatique

Plaque pacifique

- Zones de collision

Il s’agit d’une zone où deux plaques se confrontent. C'est le cas

notamment de la chaîne de l‘Himalaya, à la frontière entre la plaque

indo-australienne et la plaque eurasiatique.

Espace océanique se refermant au fur et à mesure du rapprochement de deux plaques continentales

Formation d’une chaîne de montagne de collision

- Des zones d‘obduction: Ce sont des zones où une lithosphère océanique chevauche un continent.

Modèle d’obduction

Remarque: le fragment de la lithosphère océanique obductée sur le continent est appelé : ophiolite

Plaque américaine

Plaque africaine

III-2-3 Les frontières transformantes: Une faille transformante correspond à un mouvement horizontal de deux plaques avec décalage de la ride océanique

Faille transformante

Dorsale

Les figures ci-dessous illustrent bien le déplacement horizontal de la ride médio-atlantique (qui limite la plaque africaine et la plaque américaine) par des failles transformantes.

Plaque africaine

Plaque américaine de Sud

* Étude de cas des plaques: Africaine, américaine et pacifique

Remarque: Les plaques peuvent être océaniques (pacifique, nazca) ou mixte (américaine, africaine, eurasiatique, indo-australienne et antarctique)

Le moteur est constitué par des courants de convection dans le manteau résultant du flux de chaleur qui va du centre vers l'extérieur de la terre, un flux de chaleur qui est relié à la décomposition des éléments radioactifs contenus dans les minéraux constitutifs du manteau. Ces courants cause une fusion partielle du manteau supérieur et la formation de magmas qui alimente en permanence la lithosphère océanique au niveau de la dorsale et l’élargissement progressif de l'océan. En contrepartie, puisque le globe terrestre n'est pas en expansion mais son volume est constant, il faut imaginer la destruction de la lithosphère dans les zones de subduction.

III-2-4 Moteur de la tectonique des plaques

dorsale

Courants de convection: moteur de l’expansion océanique

IV - Phénomènes géologiques associés à la tectonique des plaques

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IV-1 Les tremblements de terre ou séismes

1-1 Origine

Un séisme est un phénomène naturel lié à la rupture brutale de roches en profondeur et qui provoque des tremblements de terre. La repture aura lieu en un point appelé foyer sismique ou hypocentre qui correspond à l’endroit où se produit la première secousse sismique. L’hypocentre se situe entre 0 et 700 km de profondeur. L’épicentre est situé à la verticale du foyer, à la surface de la terre. Il correspond à l’endroit de la surface terrestre où l’intensité du séisme est maximale. Le sismomètre est l’appareil qui permet d’enregistrer le mouvement du sol en fonction du temps.

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​

Les séismes sont classés en fonction de leur intensité suivant deux échelles :

- L’échelle de Mercalli qui est fondée sur l’importance des dégâts causés;

-L’échelle de Richter qui exprime la magnitude du séisme (quantité d’énergie libérée par le séisme).

1-2 Localisation et répartition des séismes

Si l’on confronte la carte de répartition des séismes et la carte de tectonique des plaques, on constate que les séismes se localisent préférentiellement au niveau des frontières des plaques, ce qui témoignent que les tremblements de terre sont manifestement liés aux mouvements des plaques.

Carte de tectonique des plaques

95% des séismes se produisent à la frontière des plaques: dorsales médio-océaniques, failles transformantes, zones de subduction ou dans les zones de collision continentale.

Les 5 % qui restent se manifestent à l’intérieur des plaques. A l’échelle de la planète terre, les zones les plus exposées aux séismes sont:

- le domaine de convergence Afrique-Eurasie-Inde, correspondant à la fermeture de l'ancienne Thétys et englobant le pourtour de la Méditerranée, la région Iran-Pakistan-Afghanistan, l'Asie Centrale, le nord de l'Inde et la Chine. Le Maroc se situe à la frontière de la plaque eurasiatique et africaine et par conséquent le nord du Maroc est exposé à des risques sismiques (le séisme de Hoceima de 2004 a provoqué plus de 600 morts et beaucoup de dégâts matériels.)

- les domaines de subduction du Pacifique «le cercle du feu du pacifique » englobant l'Amérique, le Japon, le Taïwan, les Philippine et l'Indonésie.

1-3 Prévention des séismes

A défaut de prévoir la date et le lieu des séismes, les seuls moyens de leur prévention se limitent:

*Aux constructions adaptées à des règles parasismiques;

* À la cartographie des zones à hauts risques (zones à failles actives) et en tenir compte dans les plans d’aménagement.

2-1 Introduction Actuellement, on compte plus de 500 volcans plus ou moins actifs. L’examen des cartes de répartition des volcans actuels et de tectonique des plaques montre que plus que 60 % des volcans se répartissent le long des côtes de l’océan pacifique ( Japon, Philippines, Nouvelle Zélande, côte ouest du continent Américain…). C’est ce qu’on appelle le cercle de feu du Pacifique qui correspond à des zones de subduction.

L’activité volcanique

est donc généralement

liée aux mouvements

des plaques

lithosphériques.

IV-2 Les magmas

Cartes de distribution des

volcans dans le monde

2.2 Magmas et environnement géodynamique

Magmas

Magmas

inter-plaques

Magmas

intra-plaques

Magmas des

dorsales océaniques

• Volcanisme basaltique

des dorsales (atlantique,

pacifique..)

Magmas des rifts continentaux

- Volcans basaltiques du Rift Est Africain

Magmas des

îles océaniques: magmatisme des

points chauds (hot spot),

• Volcans basaltiques des îles du Hawaii, Cap vert,

Canari…

Magmas des zones

de subduction

Magmas des

marges actives

• Magmatisme différencié de la

chaîne des Andes (Pérou, Chili )

Magmas des

Arcs insulaires

• Magmatisme différencié des îles

du Japon et de la Nouvelle

Zélande

Les volcans des points chauds « Hot spot » sont des volcans intraplaques océaniques. Ils sont fixes par rapport aux plaques mobiles et au cour des temps géologiques se forment des îles volcaniques océaniques comme l’île Hawaii au Pacifique, les îles de Canari et de Cap vert en Atlantique.

Point chaud ou « Hot spot »

IV-3 Les Déformations tectoniques

3-1 Déformations dues à l'écartement des plaques: failles normales et zones de distension

Lorsque la lithosphère est soumise à un amincissement crustal appelé encore une distension, on a création des fossés appelés rifts continentaux (plus de 100 km de long sur plus de 10 km de large). Les rifts constituent le premier stade d’un processus de divergence qui aboutit à la formation d’un nouvel océan.�Ils sont caractérisés par une zone centrale affaissée (fossé ou graben). Le fossé central est occupé souvent par des lacs et/ou des laves volcaniques (rift Est-Africain)

Graben : Structure géologique limitée des deux côtés par des failles normales (failles qui résultent d’une distension)

3-2 Déformations dues aux rapprochement des plaques: failles inverses et zones de compression

Horst : Structure géologique limitée des deux côtés par des failles inverses (failles qui résultent d’une compression)

3-3 Déformations dues au coulissage des plaques: failles décrochantes « Décrochement »

Décrochement: Déplacement horizontal

des blocs

Compression