1. De la dérive des continents à la tectonique des plaques

I. La naissance de l'idée.

1. Connaissances et théories au début du XXème siècle .

Sial et Sima, le modàle de structure superficielle : le sial plus léger repose sur le Sima plus dense ; une moindre épaisseur du sial océanique.


Des matériaux de différentes nature et densité.

La théorie des ponts continentaux : elle explique les similitudes des faunes et flores constatés par les paléontologues sur des continents actuellement séparés.(doc 1 p.78)

Et une mobilité verticale : l'effondrement des ponts continentaux modifiant la géographie des océans et continents au cours des temps géologiques.


Des ponts continentaux qui s'effondrent (doc2 p.78)
En synthèse, une théorie fixiste où seule une mobilité verticale est admise

2. Les arguments de Wegener.

Une distribution bimodale des altitudes : Elle n'est pas cohérente avec le modèle structural Sial sur Sima qui devrait étaler les altitudes au lieu de les concentrer en 2 pics. Il doit y avoir une différence de nature entre les matériaux continentaux et océaniques.


Répartition bimodale des altitudes

Un ensemble cohérent d'arguments de natures diverses :

Complémentarité de forme des plateaux continentaux des continents actuels.

Des arguments paléontologiques : Continuité des gisements de certains fossiles.
Des arguments pétrographiques.
Continuité des traces d'anciennes glaciations
Continuité des structures géologiques
En synthèse, Wegener propose une mobilité horizontale des continents glissant sur le fond des océans.

La Terre de Wegener.

3. Une idée nouvelle réfutée.

Un moteur qui manque : capable de générer les forces nécessaires au déplacement horizontal des continents.

Il faudra donc attendre de nouvelles connaissances : celles qui viendront des découvertes réalisées dans différents domaines scientifiques.

«Ce n'est qu'en réunissant les données de toutes les sciences qui se rapportent à l'étude du globe que nous pourrons espérer obtenir la «vérité», c'est-à-dire l'image qui systématise de la meilleure façon la totalité des faits connus et qui peut, par conséquent, prétendre être la plus probable.» A. Wegener

II. De nouvelles données, l'hypothèse d'une expansion océanique.

Les années 60 : Les données des recherches océanographiques

La topographie des fonds océaniques : Découverte des dorsales, chaîne montagneuse de 60 000 km de long et de 2000 à  3000 km de large sur le fond des océans.


Une topographie spectaculaire.

Profil topographique dans l'Atlantique.

Dorsales : 1 relief discontinu.

Les variations du flux géothermique : forte anomalie positive au niveau des dorsales corrélée au volcanisme de ces structures.[W.m-2 ou J. m-2.s-1]


Un flux géothermique variable.

Des anomalies magnétiques : mesurées dans les basaltes du plancher océanique, elle sont parallèles à  la dorsale.


Des bandes parallèles d'anomalies magnétiques.
@ L'accrétion aux dorsales

III. Le concept de lithosphère et d'asthénosphère.

Une somme d'autres données : issues de discipines diverses.

1. Des données pétrographiques et sismiques

1.1. Les données pétrographiques.

Deux croûtes différentes, un manteau homogène.

Une croûte continentale de type granitique.
Epaisseur De 30 km à + de 50 km sous les chaînes de montagne.
Densité 2.7 environ
Pétrographie Roches granitiques et métamorphiques

Granite : Echantillon

Granite : Lame mince LPA
structure grenue
Minéralogie Quartz, feldspath, biotite
Une croûte océanique de type basaltique.
Epaisseur de 0 (aplomb des dorsales) à 7 km
Densité 2.9 environ
Pétrographie Roches basaltiques : Basalte et gabbro

Basalte : Echantillon

Basalte : Lame mince LPA
structure microlithique
Minéralogie Olivine, pyroxàne, feldspaths plagioclases
Un manteau homogène. Il est composé de péridotites

La péridotite.

Epaisseur de 0 (dorsale) à 200 km
Densité 3,3 environ
Pétrographie Roches péridotitiques

Péridotite : Echantillon

Péridotite : Lame mince LPA
structure grenue
Minéralogie Olivine, pyroxène, spinelle

1.2. Données sismiques et structure superficielle de la Terre.

Un séisme : rupture brutale des roches sous contrainte. L'énergie libérée est transportée dans toutes les directions par des ondes sismiques.

@ Séisme

Sismogrammes dans 3 stations.

La vitesse de propagation et ses variations : elle renseigne sur le nature chimique et physique des matériaux traversés.

Des ondes réfléchies et réfractées : elles indiquent les discontinuités dans la structure interne de la Terre.

@ La réflexion
@ La réfraction
Une discontinuité superficielle croûtes - manteau : le MOHO.

Une accélération de la vitesse à profondeurs différentes : 7 Km en domaine océanique et 30 Km en moyenne en domaine continental.


Vitesses de propagations des ondes P.

Vitesses de propagations des ondes P en domaine continental.

La discontinuité de Mohorovicic : elle marque le changement de roche, le passage dans la péridotite plus dense du manteau.

2. La discontinuité lithosphère-asthénosphère.

A faible profondeur -100 à -150 km : le ralentissement des ondes marque une discontinuité physique ; la LVZ, portion de manteau ductile.

@ La page du CNRS.

Les zones de subduction : Une sismicité particulière.

Coupe des Andes Coupe des Tonga
Des séismes inscrits dans un plan plus ou moins incliné

Les zones de subduction : Une anomalie positive profonde des vitesses de propagation des ondes.


Anomalies dans différentes zones de subduction.

Anomalie de vitesse sous les Tongas.

Les zones de subduction : Une anomalie des isogéothermes.


Anomalie négative des températures en profondeur.
En synthèse : Un ensemble de données montrant la structure superficielle de la Terre, la discontinuité lithosphère-asthénosphère

IV. La structure interne de la Terre : des discontinuités profondes.

1. Les apports de la sismologie.

Les ondes sismiques


Un séisme.

Séisme : rupture brutale de matériaux superficiels ; l'énergie mécanique libérée est transmise de proche en proche dans la matière.

Réflection, réfraction, disparition montrent les discontinuités physiques et chimiques de différentes enveloppes.

@ Vitesses de propagation et structure du globe.

Zone d'ombre et noyau interne


Propagation des ondes dans la Terre profonde.

Absence de réception en surface dans les stations sismiques situées entre 103° et 143° de distance angulaire à l'épicentre d'un séisme.

Absence de transmission en profondeur des ondes S : la discontinuité manteau solide-noyau externe liquide.

Les discontinuité profondes manteau-noyau


Vitesse des ondes dans la Terre profonde.

Asthénosphère-manteau : une discontinuité physique ductile-solide.

Manteau-noyau externe : la discontinuité physique de Gütenberg, disparition des ondes S non transmises par les liquides.

Noyau externe-noyau interne : la discontinuité physique de Lehman, un noyau interne solide.

2. Le modèle structural de la Terre.

@ Structure de la Terre.

Une structure hétérogène : Des enveloppes qui diffèrent par leur propriétés physiques et-ou chimiques.


Structure de la Terre.
En synthèse :

Harry Hammond Hess, en 1960 , tente de regrouper cet ensemble de découvertes en une unique hypothèse. Il affirme que le manteau terrestre est affecté de larges mouvements de convection et que les dorsales mettent en évidence les courants ascendants et les fosses océaniques les courants descendants. La croà»te océanique est continuellement créée au niveau des dorsales. Elle est ensuite entraànée à  la surface des cellules de convection, s'éloigne de part et d'autre des dorsales et finit par atteindre les fosses oà elle disparaàt dans le manteau. La croûte océanique est donc continuellement recyclée et c'est ce qui explique son jeune àge et la faible épaisseur des sédiments qu'elle porte. Les continents, au contraire, à  cause de leur relative légéreté, ne peuvent pas retourner dans le manteau. Ils sont condamnés à  dériver à  la surface de la Terre, ce sont les «mémoires insubmersibles» du globe. Hess précise que les continents se déplacent non en fendant les fonds océaniques comme le supposait Wegener, mais en étant passivement transportés sur une sorte de tapis roulant. En 1961, Robert Dietz reprend les visions de Hess et introduit l'expression «sea floor spreading» (expansion des fonds océaniques).[in planet-terre.ens-lyon.fr]

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