Chapitre 4 - Les Reliefs de la Terre
Introduction
Depuis Eratosthène (IIIème siècle av. J.C.), on sait que la Terre est une sphère de 40 000km de circonférence
Depuis Louis XV, on sait qu'elle est légèrement aplatie aux pôles
Depuis les grandes explorations du XIXème siècle, on connaît la morphologie des continents et des océans
Depuis le creusement des premières mines, on sait que la température augmente avec la profondeur (+ 1 degré tous les 30 mètres)
Vers 1800, on croit à l'existence d'un noyau central en feu grâce à l'observation des volcans
Depuis 1893, la sismologie permet une radiographie de la Terre, on sait que la Terre est solide → rejet de la théorie de Wegener car les continents ne peuvent pas dériver sur un globe solide
Le modèle actuel de la tectonique des plaques s'est construit en plusieurs dizaines d'années au cours du XXème siècle.
Jusqu'au début du XXème siècle, les géologues attribuaient aux continent une position fixe.
Mais en 1912, un scientifique Allemand, Alfred Wegener, remet cette vision en cause.
I - LA THÉORIE DE LA DÉRIVE DES CONTINENTS
Les Arguments de Wegener
Arguments morphologiques : Côtes qui s'emboitent
Arguments géologiques : Répartition des blocs continentaux
Arguments biologiques : Présence de mêmes espèces animales et végétales sur différents continents
Arguments paléoclimatiques : Traces de glaciation sur différents continents
Arguments paléontologiques : Présence de mêmes espèces de fossiles
Analyse statistique des reliefs à la surface du globe :
A l'époque de Wegener, les géologues expliquent la formation d'un océan entre deux continents par le procédé de contraction thermique :
II. Phase stellaire = La Terre est une boule de Magma
III. Phase planétaire : Elle refroidit en surface ; formation des roches primitives
IV. Terre plissée et fracturée : Le refroidissement entraîne une contraction de la Terre ; création de reliefs (chaînes de montagnes) et d'effondrements (bassins océaniques)
Si la théorie de la contraction de la Terre était exacte, alors l'analyse des reliefs à la surface du globe devrait révéler une distribution des altitudes de types gaussien (courbe pointillés roses)
Fin XIXème siècle, grâce à la pose de câbles transocéaniques, on prend connaissance des fonds océaniques et on rassemble les valeurs consignées pour former un histogramme.
→ L'hypothèse de contraction thermique et d'effondrement de blocs continentaux est réfutée.
Airy propose au milieu de XIXème siècle, un modèle expliquant les différences d'altitudes en surface de la terre
avec d2 > d1
Pour qu'il y ait un équilibre, les colonnes de la croûte s'enfoncent plus ou moins dans le manteau.
La surface de compensation signifie que la masse de chaque colonne représenté plus haut est la même en tout point.
(d2 x h1 x S) + (d1 x h'1 x S) = (d2 x h2 x S) + (d1 x h'2 x S)
Selon le schéma suivant :
Les continents reposent sur un substratum plus dense qui affleure au niveau des océans
On sait que la croûte des continents est essentiellement faite de granite. D'aute part, un volcan en éruption "ramone" les parois solides des cheminées qui prennent naissance dans le manteau → Les échantillons du manteau atteignent la surface, ils sont constitués de Péridotite
La roche de la croûte terrestre et du manteau
texture grenue : grains, gros cristaux désordonnés, bien visibles
texture microlitique : peu de cristaux, petits, peu visibles
Roche holocristalline (holo = entièrement)
Roche hémicristalline (hémi = à moitié)
Plagioclase : cristaux blancs
Orthoses : cristaux roses
Olivine : cristaux verts
Pyroxène : cristaux noirs
Biotite : petits cristaux noirs brillants
Quartz : cristaux gras
Phénocristaux : gros cristaux créés à très haute température
Microlites : petits cristaux créés lors du refroidissement
L'observation d'un échantillon de roche donne quelques informations sur la texture et sa composition :
Une roche de couleur claire est riche en silice ; de couleur sombre est pauvre en silice
Une roche de texture grenue a été magmatique et son refroidissement s'est fait lentement, en profondeur → Roche plutonique
Une roche de texture microlitique a été magmatique et son refroidissement a été brutal lors de l'éruption qui a figé la lave en pâte amorphe non cristallisée : le verre → Roche volcanique
Exercice d'application : On applique la théorie d'Airy approuvée par Wegner
Soit h'1 = 30 km, on est au niveau d'une plaine
Soit h'2 = 33 km, on est au niveau d'une montagne qui culmine à une hauteur de 3 km (au dessus de la plaine)
Soit h1 = h2 = x
Soit d1 = 2,6
Soit d2 = 3,3
Représenter schématiquement les données en se basant sur le modèle d'Airy : calculer la valeur de x
On applique la théorie d'Airy :
Soit :
( h'1 x d1 ) + ( x x d2 ) = ( h'2 x d1 ) + ( x x d1 )
(AN) ( 30 x 2,6 ) + ( x x 3,3 ) = ( 33 x 2,6 ) + ( x x 2,6 )
78 + 3,3x = 85, 8 + 2,6x
3,3x - 2,6x = 85,8 - 78
0,7x = 7,8
x = 11,1 km
Confrontons maintenant les deux théories : Fixistes et Mobilistes
SIAL (continents) = riche en SIlice et ALuminium
SIMA (océans) = riche en SIlice et MAgnésium
Théorie des fixistes : des mouvements verticaux expliquent la formation des océans entre les continents
Théorie des mobilistes : des mouvement horizontaux expliquent la formation des océans entre les continents
A partir de l'observation des schémas ci-dessus, relever un point sur lequel Wegener s'est trompé : Wegener n'avait pas pris en compte la présence de Basalte au fond des océans
CONTINENT OCÉAN
Bilan : Wegener avait raison quant à la manière dont se sont formés les océans, ainsi que dans la visualisation d'un seul gros continent (la Pangée) duquel se sont détachés les continents actuels, qui ont ensuite dérivé.
Mais Wegener n'a toujours pas trouvé le moteur qui fait bouger ces continents.
II - LES APPORTS DE LA SISMOLOGIE SUR LES CONNAISSANCES DE LA STRUCTURE INTERNE DE LA TERRE
Un séisme est une rupture brutale d'une zone de l'écorce terrestre → le foyer où les roches ont été soumises à de fortes contraintes, ou de fortes tensions.
L'énergie emmagasinée dans les roches est alors instantanément libérée et elle se dissipe sous forme de chaleur au niveau du foyer, et d'ondes élastiques qui se propagent dans toutes les directions.
Captées en différents points du globe par des sismomètres, ces ondes nous renseignent sur la nature des matériaux qui constituent le globe.
En connaissant le moment de rupture (le moment où les ondes ont commencé à se propager) et la distance entre le foyer et le sismomètre, on peut déduire la vitesse de ces ondes.
v = d / Δt
En appliquant les lois de l'acoustique et de l'optique, et grâce au calcul de la vitesse de ces ondes, on peut en déduire la rigidité des milieux traversés, et par analogie, leur nature.
1) Les différents types d'ondes sismiques
Il existe 3 types d'ondes sismiques :
Ondes P (Premières) → Ondes longitudinales (6 km/s)
exemple : ressort
Ondes S (Secondes) → Ondes transversales
exemple : corde
Ondes L (Love) → Ondes d'ondulations
Ondes P → plus rapide, faible amplitude, peu dévastatrice
Ondes S → vitesse moyenne, amplitude considérable, dévastatrice
Ondes L → plus lente, forte amplitude, très dévastatrice
Ondes P → se propagent dans toutes les directions
Ondes S → se propagent dans toutes les directions
Ondes L → ne se propagent que vers la surface
Ondes P → se propagent dans les milieux solides, liquides et gazeux
Ondes S → se propagent dans les milieux solides
Foyer = zone de rupture des roches
Épicentre = point de surface situé à l'aplomb du foyer
2) Mise en évidence du Moho
Diaporama visionné en cours : ww2.ac-poitiers.fr/svt/spip.php?article601
En étudiant les ondes sismiques P et S générées lors du séisme du 8 octobre 1909 en Croatie, le géologue yougoslave Mohorovičić constate l'existence d'une surface de discontinuité, située à une cinquantaine de kilomètres de profondeur, marquée par une brusque augmentation de la vitesse des ondes sismiques : au-dessus de cette limite, ces ondes se propagent à des vitesses faibles alors qu'au-dessous les vitesses sont plus élevées.
Le milieu supérieur se nomme la croûte ou écorce terrestre, le milieu inférieur, le manteau. En l'honneur du géologue yougoslave, la discontinuité est appelée le Moho ou discontinuité de Mohorovičić.
---- Ondes réfractées : Arrive en première position → Le manteau est d'une matière différente de celle de la croûte : la vitesse de l'onde est acceléré lorsqu'elle passe dans celui ci
---- Ondes directes : Arrive en deuxième position → Reste dans la croûte et parcourt une trajectoire directe
---- Ondes réfléchies : Arrive en dernière position → La terre est constituée de plusieurs couches, en étant réfléchie, l'onde parcourt une plus grande distance
Les ondes étudiées ont permis de connaître l'existence et la composition de certaines couches terrestres
3 - La nature des roches traversées par les ondes
Les études sismiques et pétrographiques permettent de caractériser et de limiter deux grands types de croûtes terrestres : une croûte océanique essentiellement formée de basalte et une croûte continentale constituée entre autres de granite.
La croûte repose sur le manteau, constitué de péridotite.
