Les articles du blog apparaissent dans l'ordre de publication le plus récent. Pour rechercher un article, utiliser le sommaire par classe.

samedi 4 mars 2017

Thème 1 B - Chapitre 3 : La tectonique des plaques : l’histoire d’un modèle

Chapitre 3 : Le renforcement et l’évolution du modèle

1/ le renouvellement de la lithosphère océanique

a - Les données de tomographies sismiques 2D et 3D

Recenser, extraire et organiser des informations sur des images satellitales et de tomographie sismique. 

Depuis les années 70, Les données de tomographie sismique basées sur les anomalies de vitesse des ondes sismiques par rapport à un modèle théorique prédictif (modèle PREM)
PREM (Preliminary Reference Earth Model) est un modèle radial de vitesse de propagation des ondes S et P depuis la surface jusqu'au centre de la Terre d'après Dziewonski et Anderson (1981).

Les anomalies positives au niveau des fosses océaniques, montrent qu’en permanence, de la lithosphère océanique froide s’enfonce lentement dans la lithosphère (réchauffement lent par conduction) dans les zones de subduction.
Dans les zones de subduction, les matériaux de la vieille lithosphère océanique s’incorporent au manteau.

A l’aplomb des dorsales, les anomalies tomographiques négatives traduisent une remontée anormale d’asthénosphère chaud. Cette remontée est à origine de la création de lithosphère océanique au niveau des dorsales à partir de matériel mantellique.

b - Le fonctionnement d’une dorsale océanique : l’accrétion océanique

Réaliser des modélisations analogiques et numériques pour établir les liens entre amincissement de la lithosphère, remontée, dépressurisation et fusion partielle de l’asthénosphère sous-jacente et formation d’une nouvelle lithosphère. 

Les observations sur le terrain (pillow-lava dans des écailles tectoniques dans les chaînes de montagnes et les plongées profondes au niveau des dorsales), les données géophysiques (sismique réflexion, tomographie sismique, topographie, flux géothermique) ou encore les modélisations analogiques et numériques ( pillow-lava et soufre, multicouche de sable en extension, fusion partielle) permettent de comprendre le fonctionnement d’une dorsale océanique appelé l‘accrétion océanique.


modélisation de la formation de pillow-lava

modélisation de la formation d'un rift
sur l'axe de la dorsale

1- La lithosphère océanique plus vieille et plus dense à tendance à s’enfoncer sur l’asthénosphère. Ce phénomène crée de l’extension de part et d’autre de la dorsale océanique et la création d’un rift (zone d’effondrement) plus ou moins marqué à son sommet.
2- Cette extension provoque la remontée de l’asthénosphère et la déformation de l’isotherme 1300°C à l’aplomb de la dorsale.
3- Lors de sa remontée, le matériel asthénosphérique chaud subit une décompression adiabatique (baisse de pression sans baisse de température). le géotherme est donc anormalement chaud.
4- Le géotherme déformé permet de franchir le solidus des péridotites, c’est à dire d’obtenir les conditions de pression et température pour la fusion partielle d’environ 15 à 25% de péridotite.
5- Le magma, de composition basaltique, formé dans l’asthénosphère remonte et s’accumule dans un réservoir magmatique, dont une partie migre vers la surface par un réseau de fractures.
6- Le magma refroidit lentement dans le réservoir et forme une roche grenue : le gabbro. Il refroidit plus rapidement dans les fractures vers la surface : c’est le complexe filonien (dykes) microgrenue. En surface, le magma rentre en contact avec l’eau de mer (2°C à -2500m) : le refroidissement très rapide et en milieu aquatique, forme du basalte à texture microlitique et en forme de coussin : les pillow-lava.


Cette chronologie de refroidissement explique les observations au niveau des falaises sous-marines bordant les failles transformantes qui décalent les dorsales.

Ces séries lithologiques (péridotite, gabbro, complexe filonien, pillow-lava de basalte et sédiments océaniques profonds) sont aussi observées dans les chaînes de collision (Alpes) : les séries ophiolitiques. Elles traduisent l’existence d’un océan, aujourd’hui disparu, présent avant la collision continentale et la formation d’une chaîne de montagnes. 
Surface géologique recouverte de pillow-lava, Oman


2/ Le renforcement du modèle par son efficacité prédictive

a - Les données de forages profonds

Saisir et exploiter des informations sur cartes. Concevoir, réaliser et exploiter un modèle analogique.

Depuis 1968, le programme de forage sous-marins JOIDES a permis d’accéder au épaisseur de sédiments et aux âges relatifs des sédiments en contact avec le basalte et aux âges absolus des basaltes sous-jacents.
Le modèle de la tectonique des plaques prévoit que la croûte océanique est d’autant plus vieille qu’on s’éloigne de la dorsale.
Les âges des sédiments en contact avec le plancher océanique confirment cette prédiction : ces sédiments océaniques datées par les microfossiles océaniques (foraminifères) sont de plus en plus vieux quand on s'éloigne de la dorsale mais ne dépassent jamais 180 Ma, l’âge au quel elle "plonge" dans l’asthénosphère.
Enregistrement sédimentaire de la mobilité de la lithosphère océanique : l'âge et l'épaisseur des sédiments.

Modèle cinématique DORIS basé sur les vitesses "instantanées" obtenues par GPS

Les vitesses calculées avec ces datations et l’épaisseur croissante des sédiments océaniques quand on s’éloigne de la dorsale sont en accord avec les prédictions du modèle de la tectonique des plaques.

b- Les données GPS « instantanées »

Réaliser des mesures sur le terrain pour comprendre le principe du GPS. 
Saisir et exploiter des données sur des logiciels.

Le modèle NUVEL-1A prévoit des vitesses de déplacements moyens des plaques d’après le paléomagnétisme et les alignements de volcans intraplaques, enregistrés sur des millions d’années.
Avec le développement des techniques de positionnement par satellites (Global Positionning System, GPS), à la fin du XXème siècle, la position en latitude et longitude de balises géodésiques fixées au sol sont enregistrées. La somme du vecteur vitesse latitudinale avec le vecteur vitesse longitudinale permet d’obtenir le vecteur vitesse « instantanée » de la balise considérée. La mesure des mouvements des plaques deviennent directement observables sur de courte période et leurs vitesses prédites par le modèle sont confirmées. 

c- Un modèle cinématique global et prédictif

L’ensemble des données GPS a permis d’affiner le modèle initiale de 6 plaques à 11 ou 12 plaques tectoniques principales. La délimitation des 3 types de frontières s’est précisée.
La lithosphère est divisée en 12 à 14 plaques mobiles

 Depuis 1995, le modèle de déplacements « instantanés » (modèle DORIS d’après GPS) a été confronté au modèle de déplacements « moyens » sur 3 Ma (modèle NUVEL-1A d’après les points chauds et le paléomagnétisme). La bonne correspondance de ces deux modèles confère une forte fiabilité prédictive notamment sur la détermination des zones à haut risque sismique (magnitude supérieur à 8,5) dans un futur proche.
Comparaison des modèles cinématiques NUVEL-1 et DORIS

BILAN
Coupe lithosphérique au niveau du Pacifique sud.


Synthèse de la construction du Modèle de la Tectonique des Plaques
Résumé sur la construction d'un modèle ou théorie scientifique.