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De la dérive des continents à l'expansion océanique

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Introduction :

Wegener est le scientifique qui émit l’hypothèse, au début du XXe siècle, de la dérive des continents. Sa théorie fut vivement contestée et abandonnée faute de preuves pouvant mettre en évidence la force motrice d’un tel mouvement. Dans les années 1950, des études ont pu mettre en évidence la nature des roches océaniques et continentales, ce qui a permis de montrer que la croûte océanique et la croûte continentale sont bien deux entités physiques et chimiques différentes. À la fin des années 1950, il est admis que l’enveloppe superficielle de la Terre, qui est constituée de la croûte et de la partie supérieure du manteau, est appelée la lithosphère.

Ce cours permettra de voir comment la théorie de la dérive des continents a aboutit à celle de l’expansion océanique. Dans un premier temps, l’hypothèse de l’expansion océanique sera étudiée. Les informations fournies par les données du paléomagnétisme et des séismes dans les fosses océaniques seront vues dans un second temps. Enfin, le phénomène de subduction sera expliqué.

L’hypothèse de l’expansion océanique

Les premières études sur la nature des roches qui se trouvent au fond des océans débutent au cours des années 1950.

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À retenir

La croûte océanique est essentiellement composée de basaltes et de gabbros qui sont des roches magmatiques.

Les études se poursuivent et, dans les années 1960, la présence d’un relief au fond des océans est mise en évidence. Des cartes sont alors créées, qui montrent la présence de dorsales et de fosses océaniques.

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Définition

Dorsales :

Les dorsales sont comme des « montagnes sous-marines », elles représentent un relief positif sous les océans.

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Définition

Fosses océaniques :

Les fosses océaniques sont des dépressions abyssales et représentent un relief négatif.

Illustration du relief du fond des océans

À la même période, des relevés des flux géothermiques vont mettre en évidence la corrélation de ces derniers avec la localisation des dorsales océaniques.

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Définition

Flux géothermique :

Un flux géothermique est la quantité de chaleur dissipée par la Terre par unité de surface et dans le temps.

Les mesures ont abouti à la réalisation de cartes. Celle-ci montre en rouge les flux importants et en bleu les flux plus faibles.

Flux géothermiques sur la surface de la Terre

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À retenir

Ces observations ont mis en évidence que les flux géothermiques sont plus élevés au niveau des dorsales. Cela signifie qu’une forte quantité d’énergie thermique est dissipée au niveau des dorsales.

En 1962, le géologue Harry Hess synthétise de nouvelles données et émet une hypothèse sur les mouvements océaniques. D’après lui, le plancher océanique se forme au niveau des dorsales et c’est pour cela que l’on enregistre de forts flux géothermiques.
En effet, le magma chaud remonte du manteau. Il va se refroidir au contact de l’eau et créer la croûte océanique. Une fois créée, la croûte océanique va s’écarter de part et d’autre de la dorsale grâce aux mouvements de convection.

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Définition

Convection :

La convection est un mode de déplacement de la chaleur par déplacement de matière.

La nouvelle croûte océanique chaude va se déplacer et s’éloigner de la dorsale au fur et à mesure de son refroidissement. D’après Hess, elle finit par plonger dans le manteau au niveau des fosses abyssales.

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Définition

Dorsale :

Il est alors admis qu’une dorsale est un relief positif des fonds océaniques, siège de la production du plancher océanique.

Le plancher océanique se forme au niveau des dorsales

Le paléomagnétisme

L’étude du paléomagnétisme a permis de confirmer cette hypothèse. Le champ magnétique de la Terre provient du noyau liquide. Il en résulte un champ de forces magnétiques représenté par des lignes sur lesquelles l’aiguille d’une boussole s’aligne. Ce champ de forces magnétiques est caractérisé par deux pôles magnétiques : actuellement, le nord magnétique est proche du nord géographique et le sud magnétique est proche du sud géographique. Cependant, on sait qu’à l’échelle des temps géologiques, il y a eu des inversions du champ magnétique, c’est-à-dire que le nord magnétique s’est retrouvé au niveau du sud géographique. On parle alors d’anomalie du champ magnétique. Mais comment a-t-on su cela, et comment ces données peuvent-elles confirmer la théorie de l’expansion océanique ?

Champ de forces magnétiques de la Terre

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À retenir

Les roches magmatiques contiennent des minéraux qui acquièrent une aimantation.

Les roches magmatiques se forment par refroidissement du magma. L’aimantation est possible lorsque la roche refroidit et atteint une certaine température dite de Curie. Dans les basaltes présents dans la croûte océanique, les minéraux qui acquièrent une aimantation sont les magnétites et la température de Curie s’élève à 585 °C. Bien entendu, l’aimantation de la roche est orientée en fonction du champ magnétique présent à l’époque.

Avec le refroidissement complet du magma, ce champ magnétique est comme piégé, figé dans la roche, on peut dire qu’il est fossilisé. Ainsi, l’étude du champ magnétique des basaltes de la croûte océanique permet d’étudier un champ magnétique datant de plusieurs millions d’années.

Les études réalisées sur les fonds marins montrent qu’il y a de nombreuses anomalies magnétiques. Avec la représentation de ces anomalies sur des cartes, on obtient des profils dits en « peau de zèbre » pour tous les océans, sans exception. On peut voir sur le schéma ci-dessous qu’il y a alternance entre une bande de croûte océanique avec des basaltes ayant fossilisé un champ magnétique normal, représenté en en noir, et une bande de croûte océanique avec des basaltes ayant fossilisé un champ magnétique inversé, ici représenté en blanc.

Profil dit en « peau de zèbre »

Ces données confirment la théorie de l’expansion océanique. On sait que :

  • L’acquisition de l’aimantation a lieu au niveau de la dorsale car c’est là qu’il y a production de la croûte océanique ;
  • Avec l’expansion océanique de part et d’autre de la dorsale, la croûte conserve son aimantation ;
  • En corrélant ces anomalies avec les inversions du champ magnétique, on peut conclure que la croûte océanique est d’autant plus âgée qu’elle est éloignée de la dorsale.

Illustration de l’expansion océanique

On peut ainsi calculer la vitesse de déplacement de la croûte océanique.

Les séismes des fosses océaniques

L’étude du paléomagnétisme permet de confirmer la théorie de l’expansion océanique qui dit que le plancher océanique se forme au niveau des dorsales et se déplace par convection. C’est l’étude des séismes au niveau des fosses océaniques qui va permettre d’affirmer que la croûte océanique retourne dans le manteau au niveau des fosses abyssales. Les scientifiques qui argumentent alors en faveur de cette théorie le font grâce à différentes données représentées sur ce schéma :

Plan de Wadati-Benioff : répartition des foyers sismiques

  • En premier lieu, les séismes violents sont enregistrés uniquement au bord des continents, au niveau des fosses océaniques ;
  • Ensuite, plus les séismes sont profonds, plus ils sont distants de la fosse océanique. Cela montre que les foyers des séismes sont répartis sur un plan incliné, appelé plan de Wadati-Benioff (du nom des deux sismologues japonais qui ont fait ces observations) ;
  • Enfin, la profondeur à laquelle les séismes sont enregistrés, le matériau, plus malléable, ne devrait pas pouvoir se rompre. Cela suggère qu’un matériau rigide s’enfonce dans le manteau en suivant la trajectoire du plan de Wadati-Benioff.

Le phénomène de subduction

Ces données sont confirmées en 1964 lorsque trois sismologues américains découvrent que les ondes sismiques se propagent plus rapidement le long du plan de Wadati-Benioff.

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Astuce

Une onde se propage d’autant plus rapidement que le matériau traversé est froid.

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À retenir

La lithosphère océanique plonge dans le manteau est appelée asthénosphère au niveau des fosses océaniques. C’est le phénomène de subduction.

Illustration du phénomène de subduction

Conclusion :

Dans les années 50 à 60, des observations ont pu mettre en évidence le mouvement des plaques océaniques et la théorie de l’expansion océanique.
Cette théorie, d’abord émise par Hess, dit que la croûte océanique se crée au niveau des dorsales. Elle va ensuite se déplacer de part et d’autre de la dorsale et finir par s’enfoncer dans le manteau au niveau des fosses océaniques. D’autres chercheurs ont travaillé à trouver des arguments en faveur du phénomène de subduction et ont prouvé la véracité de cette théorie.