La tectonique des plaques
Cours complet : structure interne de la Terre, lithosphère et asthénosphère, plaques lithosphériques, divergence et dorsales, subduction et fosses, collision et formation des montagnes.
Pourquoi les continents ont-ils des formes complémentaires (l’Afrique et l’Amérique du Sud s’emboîtent comme un puzzle) ? Pourquoi les séismes et les volcans ne sont-ils pas répartis au hasard sur la Terre ? La réponse tient en un mot : la tectonique des plaques.
Ce chapitre explique comment la surface de la Terre est découpée en plaques mobiles, comment ces plaques se déplacent et quelles en sont les conséquences : séismes, volcanisme, formation des montagnes et ouverture des océans.
I. De Wegener à la tectonique des plaques
Au début du XXᵉ siècle, le scientifique allemand Alfred Wegener (1880–1930) observe que les côtes de l’Afrique et de l’Amérique du Sud s’emboîtent parfaitement. Il découvre aussi que des fossiles identiques et des roches similaires se trouvent de part et d’autre de l’Atlantique. Il propose alors la théorie de la dérive des continents : il y a plus de 200 millions d’années, tous les continents étaient réunis en un supercontinent, la Pangée, qui s’est ensuite fragmenté.
À son époque, Wegener ne pouvait pas expliquer le mécanisme de cette dérive. Ce n’est qu’en 1967 que les scientifiques ont proposé la théorie de la tectonique des plaques, qui a confirmé et complété les idées de Wegener.
| Argument de Wegener | Observation |
|---|---|
| Complémentarité des côtes | L’Afrique et l’Amérique du Sud s’emboîtent comme les pièces d’un puzzle |
| Fossiles identiques | Le reptile fossile Mesosaurus est retrouvé au Brésil et en Afrique du Sud |
| Roches similaires | Mêmes formations rocheuses datant de la même époque sur les deux continents |
| Traces de glaciations | Des traces de glaciers anciens identiques en Afrique, Inde et Amérique du Sud |
Wegener a proposé la théorie de la dérive des continents en s’appuyant sur la complémentarité des côtes, les fossiles et les roches. En 1967, la tectonique des plaques a apporté le mécanisme explicatif : la surface de la Terre est découpée en plaques mobiles.
II. La structure interne de la Terre
L’étude de la propagation des ondes sismiques a permis de connaître la structure interne de la Terre. Pour comprendre la tectonique des plaques, deux couches superficielles sont essentielles :
| Couche | Épaisseur | Composition | Propriété |
|---|---|---|---|
| Lithosphère | 70 à 150 km | Croûte (continentale ou océanique) + partie supérieure du manteau | Rigide et cassante — c’est elle qui forme les plaques |
| Asthénosphère | Environ 600 km | Roches du manteau | Solide mais ductile (déformable lentement) — les plaques glissent dessus |
En dessous de l’asthénosphère se trouvent le manteau inférieur puis le noyau (externe liquide, interne solide), mais ces couches profondes ne sont pas au programme de 4ème.
Lithosphère : couche superficielle rigide de la Terre (~100 km d’épaisseur), découpée en plaques.
Asthénosphère : couche solide mais ductile située sous la lithosphère, sur laquelle les plaques se déplacent.
La lithosphère n’est pas la même chose que la croûte terrestre. La lithosphère = croûte + partie supérieure du manteau. Elle est plus épaisse que la croûte seule. Et l’asthénosphère est solide (pas liquide !), mais elle peut se déformer très lentement.
III. Les plaques lithosphériques
La lithosphère n’est pas d’un seul tenant : elle est fragmentée en une douzaine de grandes plaques (et quelques petites), comme un immense puzzle. Ces plaques se déplacent les unes par rapport aux autres de quelques centimètres par an.
A. Comment délimite-t-on les plaques ?
Les frontières des plaques correspondent aux zones où se concentrent les séismes et les volcans. En cartographiant l’activité sismique et volcanique mondiale, on dessine les contours des plaques. L’intérieur d’une plaque est une zone stable (peu de séismes, peu de volcans).
B. Les principales plaques
| Plaque | Type | Localisation |
|---|---|---|
| Plaque eurasienne | Continentale + océanique | Europe, Asie, partie de l’Atlantique Nord |
| Plaque africaine | Continentale + océanique | Afrique, partie de l’Atlantique Sud |
| Plaque nord-américaine | Continentale + océanique | Amérique du Nord, Groenland, partie de l’Atlantique |
| Plaque sud-américaine | Continentale + océanique | Amérique du Sud, partie de l’Atlantique |
| Plaque pacifique | Entièrement océanique | Fond de l’océan Pacifique |
| Plaque indo-australienne | Continentale + océanique | Inde, Australie, océan Indien |
| Plaque antarctique | Continentale + océanique | Antarctique et océan austral |
| Plaque de Nazca | Entièrement océanique | Fond de l’est du Pacifique (face à l’Amérique du Sud) |
La lithosphère est découpée en une douzaine de plaques lithosphériques rigides qui se déplacent sur l’asthénosphère. Leurs frontières sont marquées par les séismes et les volcans. Il existe deux types de mouvements aux frontières : la divergence (les plaques s’écartent) et la convergence (les plaques se rapprochent).
IV. La divergence : dorsales et création de lithosphère
A. Qu’est-ce que la divergence ?
La divergence est le mouvement d’écartement de deux plaques lithosphériques. Elle se produit au niveau des dorsales océaniques, de longues chaînes de montagnes sous-marines situées au milieu des océans.
B. Ce qui se passe à une dorsale
Les deux plaques s’écartent de quelques centimètres par an. La lithosphère s’amincit au point de se fissurer. Du magma remonte de l’asthénosphère à travers ces fissures. En refroidissant au contact de l’eau froide, ce magma se solidifie et forme de la nouvelle lithosphère océanique (du basalte). C’est le phénomène d’accrétion océanique.
| Caractéristique | Zone de divergence (dorsale) |
|---|---|
| Mouvement des plaques | Écartement (divergence) |
| Conséquence principale | Création de lithosphère océanique (accrétion) |
| Type de volcanisme | Volcanisme effusif (magma fluide, lave qui coule) |
| Séismes | Nombreux mais peu profonds |
| Relief sous-marin | Dorsale océanique (chaîne de montagnes sous-marine) |
| Conséquence à long terme | Les océans s’agrandissent |
| Exemple | Dorsale médio-atlantique (l’Atlantique s’ouvre de ~2,4 cm/an) |
L’Islande est l’un des rares endroits au monde où la dorsale océanique est visible à la surface. L’île est littéralement traversée par la frontière entre la plaque nord-américaine et la plaque eurasienne, qui s’écartent d’environ 2 cm par an. C’est pourquoi l’Islande a une activité volcanique intense.
V. La convergence : subduction, collision et montagnes
La convergence est le mouvement de rapprochement de deux plaques. Elle peut prendre deux formes selon la nature des plaques impliquées.
A. La subduction : plaque océanique contre plaque continentale
Quand une plaque océanique converge avec une plaque continentale, la plaque océanique (plus dense) plonge sous la plaque continentale et s’enfonce dans l’asthénosphère. C’est la subduction. Ce plongement se fait au niveau d’une fosse océanique (zone très profonde du fond marin).
| Caractéristique | Zone de subduction (fosse) |
|---|---|
| Mouvement des plaques | Rapprochement (convergence) |
| Conséquence principale | Disparition de lithosphère océanique (la plaque plonge) |
| Type de volcanisme | Volcanisme explosif (magma visqueux, éruptions violentes) |
| Séismes | Nombreux et de plus en plus profonds (jusqu’à 700 km) |
| Relief | Fosse océanique + chaîne de volcans en arrière |
| Conséquence à long terme | Les océans se ferment |
| Exemple | Fosse du Pérou-Chili (plaque de Nazca sous plaque sud-américaine → cordillère des Andes) |
B. La collision : plaque continentale contre plaque continentale
Quand un océan se ferme complètement par subduction, les deux continents finissent par entrer en contact. Comme aucun des deux n’est assez dense pour plonger, ils se compriment l’un contre l’autre : c’est la collision. Les roches sont déformées (plis, failles), la croûte s’épaissit et des chaînes de montagnes se forment.
| Chaîne de montagnes | Plaques en collision | Vitesse de rapprochement |
|---|---|---|
| Himalaya (Everest : 8 849 m) | Plaque indo-australienne ↔ plaque eurasienne | ~5 cm/an |
| Alpes (Mont Blanc : 4 807 m) | Plaque africaine ↔ plaque eurasienne | ~1 cm/an |
On retrouve dans les Alpes et l’Himalaya des fossiles marins (ammonites, coquillages) et des roches océaniques (ophiolites) coincées entre les couches continentales. Ce sont les restes de l’ancien fond océanique qui existait entre les deux continents avant la collision.
C. Tableau récapitulatif des trois types de frontières
| | Divergence (dorsale) | Subduction (fosse) | Collision (montagne) |
|---|---|---|---|
| Mouvement | Plaques s’écartent | Plaques se rapprochent | Plaques se rapprochent |
| Plaques impliquées | Deux plaques océaniques | Océanique sous continentale | Deux continentales |
| Lithosphère | Créée (accrétion) | Détruite (plongement) | Déformée (épaissie) |
| Volcanisme | Effusif | Explosif | Absent ou très rare |
| Séismes | Superficiels | Superficiels à profonds | Superficiels |
| Relief | Dorsale océanique + rift | Fosse océanique + volcans | Chaîne de montagnes |
| Exemple | Dorsale médio-atlantique | Fosse des Mariannes, Andes | Himalaya, Alpes |
La Terre produit de la lithosphère aux dorsales (divergence) et en détruit aux fosses (subduction/convergence). Quand deux continents se rencontrent, la collision forme des chaînes de montagnes. La surface totale de la Terre restant constante, ce qui est créé quelque part est compensé par ce qui disparaît ailleurs.
VI. Le moteur du déplacement des plaques
Qu’est-ce qui fait bouger les plaques ? L’énergie provient de la chaleur interne de la Terre, produite principalement par la radioactivité naturelle des roches profondes.
Cette chaleur crée des courants de convection dans le manteau : les roches chaudes et moins denses montent lentement vers la surface (au niveau des dorsales), tandis que les roches refroidies et plus denses redescendent (au niveau des zones de subduction). Ces mouvements entraînent les plaques lithosphériques à la surface.
De plus, la lithosphère océanique, en s’éloignant de la dorsale, se refroidit et devient de plus en plus dense. Quand elle est suffisamment lourde, elle plonge dans l’asthénosphère sous son propre poids, « tirant » le reste de la plaque derrière elle.
Le moteur de la tectonique des plaques est la dissipation de la chaleur interne de la Terre, qui provoque des courants de convection dans le manteau. Ces courants, combinés au poids croissant de la lithosphère océanique vieillissante, entraînent le déplacement des plaques.
VII. Glossaire des définitions
Théorie selon laquelle la lithosphère est découpée en plaques rigides qui se déplacent sur l’asthénosphère, causant séismes, volcanisme et formation de montagnes.
Couche superficielle rigide de la Terre (~100 km), composée de la croûte et de la partie supérieure du manteau. Découpée en plaques.
Couche du manteau située sous la lithosphère. Solide mais ductile (déformable), elle permet le glissement des plaques.
Morceau rigide de lithosphère en mouvement, délimité par des zones de séismes et de volcans.
Mouvement d’écartement de deux plaques, au niveau des dorsales océaniques.
Mouvement de rapprochement de deux plaques, au niveau des fosses océaniques ou des chaînes de montagnes.
Chaîne de montagnes sous-marine en zone de divergence, où se crée de la nouvelle lithosphère océanique.
Formation de nouvelle lithosphère océanique au niveau des dorsales, par refroidissement du magma.
Plongement d’une plaque océanique sous une autre plaque au niveau d’une fosse océanique.
Zone très profonde du fond marin, située en zone de subduction. Exemple : fosse des Mariannes (~11 km).
Affrontement de deux plaques continentales après fermeture d’un océan, formant une chaîne de montagnes.
Fossé d’effondrement formé par l’étirement et l’amincissement de la lithosphère en zone de divergence.
Supercontinent regroupant toutes les terres émergées, existant il y a plus de 200 millions d’années.
Mouvement de matière dû aux différences de température : les roches chaudes montent, les froides descendent. Moteur de la tectonique.
VIII. Questions fréquentes (FAQ)
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