Géologie : Structure et Dynamique de la Terre — Cours Complet
Première & Terminale spécialité SVT — Structure interne, tectonique des plaques, volcanisme, séismes, roches
8. La subduction
2. Lithosphère et asthénosphère
9. La collision
3. Les ondes sismiques
10. Le volcanisme
4. La tectonique des plaques
11. Les roches et le cycle géologique
5. Les preuves de la dérive des continents
12. Exercices types bac
6. Les dorsales océaniques
13. Questions fréquentes
7. L'expansion océanique
Structure interne de la Terre
| Couche | Profondeur | Composition | État |
|---|---|---|---|
| Croûte continentale | 0-30 à 70 km | Granites, gneiss (silicates d'Al) | Solide, ρ ≈ 2,7 |
| Croûte océanique | 0-7 km | Basaltes, gabbros | Solide, ρ ≈ 2,9 |
| Manteau supérieur | ~7-670 km | Péridotites (olivine, pyroxène) | Solide (ductile dans l'asthénosphère) |
| Manteau inférieur | 670-2 900 km | Péridotites haute pression | Solide |
| Noyau externe | 2 900-5 150 km | Fer + nickel | Liquide (champ magnétique) |
| Graine (noyau interne) | 5 150-6 371 km | Fer + nickel | Solide |
Lithosphère et asthénosphère
| Enveloppe | Épaisseur | Comportement | Composition |
|---|---|---|---|
| Lithosphère | ~100 km (océanique) à ~200 km (continentale) | Rigide, cassante | Croûte + partie supérieure du manteau |
| Asthénosphère | ~100-700 km | Ductile (déformable lentement) | Manteau partiellement fondu (~1%) |
Lithosphère continentale : croûte continentale (granite) + manteau lithosphérique
Les ondes sismiques
Les séismes génèrent des ondes qui traversent la Terre. Leur comportement (vitesse, réfraction, réflexion) révèle la structure interne.
| Type d'onde | Propagation | Milieux traversés | Vitesse |
|---|---|---|---|
| Ondes P (primaires) | Longitudinales (compression) | Solides + liquides | 6-13 km/s |
| Ondes S (secondaires) | Transversales (cisaillement) | Solides uniquement | 3-7 km/s |
| Discontinuité | Profondeur | Séparation |
|---|---|---|
| Mohorovičić (Moho) | ~7 km (océan) / ~30-70 km (continent) | Croûte / Manteau |
| Gutenberg | ~2 900 km | Manteau / Noyau externe (liquide) |
| Lehmann | ~5 150 km | Noyau externe / Graine (solide) |
La tectonique des plaques
La surface de la Terre est découpée en une douzaine de plaques lithosphériques rigides qui se déplacent les unes par rapport aux autres sur l'asthénosphère. Le moteur : les courants de convection dans le manteau, alimentés par la chaleur interne de la Terre.
| Type de limite | Mouvement | Phénomène | Exemple |
|---|---|---|---|
| Divergente | Plaques s'éloignent | Dorsale, rift, création de lithosphère | Dorsale médio-atlantique |
| Convergente | Plaques se rapprochent | Subduction ou collision, destruction de lithosphère | Andes, Himalaya |
| Transformante | Plaques coulissent | Faille décrochante, séismes | Faille de San Andreas |
Atlantique : ~2,5 cm/an (lent) — Pacifique : ~10-15 cm/an (rapide)
Les preuves de la dérive des continents
| Argument | Observation |
|---|---|
| Complémentarité des côtes | Afrique et Amérique du Sud s'emboîtent comme un puzzle (Wegener, 1912) |
| Fossiles identiques | Mêmes espèces fossiles (Mesosaurus, Glossopteris) sur des continents séparés par un océan |
| Roches et structures géologiques | Chaînes de montagnes et formations rocheuses qui se prolongent d'un continent à l'autre |
| Paléoclimats | Traces de glaciation tropicale, récifs coralliens fossiles en zone froide → continents ont bougé |
| Anomalies magnétiques | Bandes symétriques d'aimantation de part et d'autre des dorsales → expansion |
| GPS | Mesure directe des déplacements actuels des plaques (cm/an) |
Les dorsales océaniques
Les dorsales sont des chaînes de montagnes sous-marines situées aux limites divergentes. Le magma remonte de l'asthénosphère, se refroidit et forme de la nouvelle lithosphère océanique.
→ refroidissement lent = gabbro (profondeur)
Longueur : ~16 000 km. Rift central : vallée d'effondrement au sommet. Activité hydrothermale : fumeurs noirs (sources chaudes sous-marines, écosystèmes chimiosynthétiques).
L'expansion océanique
Anomalies magnétiques : Le champ magnétique terrestre s'inverse périodiquement. Les minéraux des basaltes « enregistrent » l'orientation du champ au moment de leur refroidissement. On observe des bandes symétriques de part et d'autre de la dorsale → la lithosphère s'écarte progressivement.
Le plancher océanique est d'autant plus vieux qu'on s'éloigne de la dorsale. Plus vieux ≈ 200 Ma (Jurassique) près des zones de subduction. Aucun plancher océanique de plus de ~200 Ma car il est recyclé par subduction.
La subduction
Quand deux plaques convergent, la plaque la plus dense (lithosphère océanique vieille et froide) plonge sous l'autre dans le manteau. C'est la subduction.
• Fosse océanique (profondeur >6 000 m, ex : fosse des Mariannes −11 034 m)
• Plan de Wadati-Benioff (séismes de plus en plus profonds vers le continent)
• Arc volcanique (volcans explosifs, magma andésitique)
• Prisme d'accrétion (sédiments raclés et empilés)
~75% des volcans actifs et ~90% des séismes sont situés autour du Pacifique, le long des zones de subduction. Andes (plaque Nazca sous Amérique du Sud), Japon (plaque Pacifique sous plaque Philippines/Eurasie).
La collision
Ni l'une ni l'autre ne peut plonger (trop peu denses). Les croûtes s'affrontent, se chevauchent et se plissent → formation de chaînes de montagnes (orogènes).
Collision Inde—Eurasie débutée il y a ~50 Ma. L'Inde continue d'avancer à ~5 cm/an → l'Himalaya s'élève toujours (Everest : 8 849 m). On retrouve des fossiles marins au sommet de l'Himalaya : des roches sédimentaires océaniques ont été soulevées.
• Plis et failles inverses (raccourcissement crustal).
• Nappes de charriage (chevauchements à grande échelle).
• Métamorphisme (roches transformées sous pression et température élevées).
• Ophiolites : fragments de lithosphère océanique coincés dans la chaîne → témoins d'un ancien océan disparu.
Le volcanisme
| Type | Magma | Éruption | Localisation | Exemple |
|---|---|---|---|---|
| Effusif | Basaltique (fluide, pauvre en SiO₂) | Coulées de lave fluide, fontaines | Dorsales, points chauds | Piton de la Fournaise, Hawaï |
| Explosif | Andésitique/rhyolitique (visqueux, riche en SiO₂) | Explosions, nuées ardentes, cendres | Zones de subduction | Mont St Helens, Vésuve, Merapi |
Un point chaud est une remontée de matériel profond (panache mantellique) indépendante des limites de plaques. La plaque se déplace au-dessus → chaîne d'îles volcaniques alignées par âge croissant. Exemple : Hawaï (l'île active est au-dessus du point chaud, les îles plus anciennes s'en éloignent).
Les roches et le cycle géologique
| Famille | Formation | Texture | Exemples |
|---|---|---|---|
| Magmatiques plutoniques | Refroidissement lent en profondeur | Grenue (gros cristaux) | Granite, gabbro, diorite |
| Magmatiques volcaniques | Refroidissement rapide en surface | Microlitique ou vitreuse | Basalte, rhyolite, andésite |
| Sédimentaires | Dépôt et compaction de sédiments | Litée (couches) | Calcaire, grès, argile, sel |
| Métamorphiques | Transformation sous T et P élevées | Foliée (feuillets orientés) | Schiste, gneiss, marbre |
Granite (plutonique) ↔ Rhyolite (volcanique) : même composition, textures différentes.
Gabbro (plutonique) ↔ Basalte (volcanique) : même composition, textures différentes.
Calcaire (sédimentaire) → Marbre (métamorphique) : même composition, recristallisée sous T et P.