Naissance d'une théorie : la dérive des continents (1ère S)

Publié le par svtmarcq.over-blog.com

Vers 1890, l'ensemble des géologues sont d'accord pour penser que les continents ont toujours occupé la place qu'ils ont actuellement. Le géologue le plus célèbre de l'époque est Eduard Suess (1831-1914, auteur d'un livre célèbre, La face de la terre.

 

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Il défend la théorie de la contraction terrestre pour expliquer l'existence des continents et des océans. Pour lui, et de nombreux géologues, la surface de la Terre s'est contractée comme une pomme créant des creux et des bosses, les zones continentales et les zones océaniques.

 

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C'est autour de 1910 que Alfred Wegener (1880-1930), élabore sa théorie de la dérive continentale en opposition avec la théorie de la contraction terrestre. Ce scientifique autricchien est climatologue et glaciologue et non géologue. C'est en observant la dérive des icebergs sur l'océan qu'il imagine l'idée de la dérive continentale.

 

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La dernière photo de Wegener, prise au Groenland le jour de ses 50 ans. Le lendemain, il se perdra avec un de ses compagnons lors d'un déplacement en traineau à chiens.

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Les arguments de Wegener

 

Wegener apporte plusieurs séries d'arguments de toute nature, en faveur d'une dérive continentale.

1) la complémentarité des formes des continents

Depuis longtemps, on avait remarqué la complémentarité des formes de l'Afrique et de l'Amérique du Sud. Au XIXème siècle, le géologue Antonio Snider-Pellegrini avait imaginé une réunion de ces continents.

 

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2) Les arguments géologiques

Si on compare lq géologie de l'Amérique du Sud et de l'Afrique, on constate que les vieux massifs, ou boucliers, sont en continuité. Les roches qui les constituent sont les mêmes.

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3) les arguments paléontologiques

Depuis que la science s'intéressait aux fossiles, on avait constaté que ceratins fossiles, dont le Mésosaure, se retrouvait aussi bien an Amérique du Sud, qu'en Afrique ou en Inde. On avait le même cas avec une fougère fossile du nom de Glossopteris.

mesaosaure

 

Pour expliquer cette répartition, les scientifiques de l'époque supposaient l'existence de passerelles gondwaniennes (le Gondwana est l'ensemble des continents du sud selon Suess).

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La réunion des continents que propose Wegener, explique sans problème, la répartition des paléofaunes et des paléoflores.

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4) Les arguments climatiques

En Afrique et en Amérique du Sud, on a trouvé des traces de glaciation très anciennes. Ces traces correspondent à l'usure des roches suite au déplacement des glaciers. Le sens de l'usure permet de reconstitué le trajet des glaciers.

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Wegener propose une reconstitution qui permet de visualiser l'ancienne calotte polaire antarctique dont le centre était l'actuelle Afrique du Sud.

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5) La répartition des altitudes à la surface de la Terre

Si on fait la courbe de répartition des altitudes à la surface de la terre, on obtient une courbe bimodale, c'est à dire avec deux maxima, un vers 300m en altitude et un autre vers - 4800 m en profondeur.

bimod des altitudes

 

Pour Wegener, la présence de ces deux maxima est le signe que la nature des fonds océaniques est différente de celle des terres émergées. Si la nature était la même, on aurait alors une distribution normale des altitudes et profondeurs sous la forme d'une courbe de Gauss unimodale (courbe en pointillés).

SI la nature des fonds océaniques est différente de la nature des continents, l'hypothèse de la contraction terrestre, soutenue par Suess, doit alors être repoussée et rien ne s'oppose à supposer un déplacement continental latéral.

 

Les critiques des idées de Wegener

En 1889, on enregistre à Potsdam (banlieue de Berlin) un séisme sur les sismographes les plus modernes de l'époque.

 

Sismographe de  Ernst von Rebeur-Paschwitz (vers 1890)

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L'enregistrement de Potsdam (1889)

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Très rapidement, on apprend que cet enregistrement correspond à un séisme violent qui s'est produit au Japon. A partir des sismogrammes ont va petit à petit pouvoir analyser les ondes, puis la structure interne de la Terre.

Il existe 4 types d'ondes sismiques. On distingue deux types d'ondes de profondeur (P ou primaires et S ou secondaires) et deux types d'ondes de surface. L'étude de la structure du globe n'est possible qu'avec les ondes de profondeur. Ces ondes se repèrent facilement sur un sismogramme.

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On peut représenter ainsi les différents types d'ondes :

Schema_4_types_d_ondes.jpg

 

Actuellement, la rapidité des communications et l'utilisation de l'informatique peremt d'obtenir très rapidement les sismogrammes d'un séisme. Voici par exemple les enregistrements provenant de certaine stations du séisme de Honshu en mars 2011.

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Très rapidement, on a conclu que les ondes sismiques ne peuvent se propager que dans un milieu solide. Cette constatation est en contradiction avec la dérive continentale. En effet, si on estime que les continents dérivent cela impose que le déplacement ne puissent se produire que sur un milieu suffisamment ductile (déformable et mou).

On peut calculer facilement la vitesse de déplacement des ondes en utilisant différentes stations :

densité et vitesse des ondes P

Tous calculs faits, on constate que les ondes P et S accélèrent lorsqu'elle traversent des milieux de plus en plus profonds alors que les ondes de surfaces ne subissent aucune accéleration. Sachant que la densité augmente avec la profondeur, on peut affirmer que la densité de la Terre augmente avec la profondeur.

 

Expériences analogiques avec la propagation de la lumière

On utilise un montage à deux compartiements, un contenant de l'air et l'autre un mélage d'eau et de nitrate d'argent. En utilisant un rayon laser, on observe la comportement des ondes lumineuses.

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On constate qu'à l'interface des deux milieux, il apparait un rayon réfracté et un rayon réfléchi.

Vers 1908, on considère que la Terre est un milieu solide et homogène. La propagation des ondes sismique est donc la suivante (modèle de Knott) :


knott-1908.gif

Une étude plus précise de la propagation des ondes montre une forte variation de la vitesse vers 2900 km de profondeur. De plus, on constate que les ondes S sont stoppées ce qui signifie que le milieu situé au delà de 2900 km est de nature liquide.

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Ces observations permettent à Beno Gutenberg (1889-1960) de déterminer l'existence d'une discontinuité à l'intérieur du globe, à 2900 km de profondeur.

 

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Cette discontinuité sépare le manteau et la noyau. Le manteau serait solide alors que le noyau serait de nature liquide. Ce modèle du globe par le fait que le manteau est considéré comme solide remet en cause la capacité aux continents de se déplacer comme le soutient Wegener.

 

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Trois auparavant, le croate Andrija Mohorovicic (1857-1936) avait remarqué l'existence d'une autre discontinuité à l'intérieur du globe.

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On peut mettre en évidence cette discontinuité et sa profondeur en utilisant une méthode de sismique réflexion. On tire une faible charge de dynamite installé à quelques mètres de profondeur et on enregistre les ondes sismiques ainsi créées par différentes stations.

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Le calcul de la vitesse des ondes P est simple. Si on utilise la station B, on obtient 30 : 5,3 = 5,7 km par seconde. A partir de la station C, on observe l'existence de 2 trains d'ondes. On peut supposer que le train d'onde arrivant le plus tard est réfracté sur une surface (on constatera que 6,8 x 5,7 = 39 km). La distance parcourue par les ondes P lors du trajet réfracté est de 5,7 x 12,7 = 72 km environ. Si on considère que la réfraction ne change pas la vitesse des ondes P, on peut construire la figure suivante :

 

moho

Si on considère que la charge de dynamite est pratiquement en surface, les deux triangles ainsi construit sont rectangles. On a un des côtés de l'angle droit qui mesure 20 km, l'hypothénuse qui mesure 72 km : 2 = 36 km. On applique le théorème de Pythagore et on obtient 30 km pour la surface de réflexion. Dans le domaine continental, la discontinuité de Mohorovicic ou Moho est, en moyenne, à 30 km de profondeur.

Le Moho sépare donc la croûte terrestre ou écorce du manteau. La croûte est solide.

Le moteur du déplacement des continents selon Wegener est de deux ordres :

— la force des marées

— la force d'Eotvos qui détermine la trajectoire d'un objet pesant sur un ellipsoïde (forme générale de la terre).

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Le géophysicien britannique Harold Jeffreys (1891-1989) va démontrer que les mécanismes proposés par Wegener sont notoirement insuffisant pour permettre le déplacement de continent sur un manteau solide.

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L'hypothèse de la dérive des continents est donc abandonné par l'ensemble de la communauté scientifique.

Quelques années plus tard, en 1928, le géologue écossais Arthur Homes (1890-1965) propose un mécanisme beaucoup plus proche de celui que nous connaissons aujourd'hui.

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Pour Holmes le manteau de nature basaltique (voir plus loin) est parcouru de courant qui entraîne la rupture des continents et l'apparition d'un océan. Cette hypothèse souligne donc la nature différente des roches continentales et océaniques. Elle restera manuscrite et ne sera rendue publique qu'après la mort de Holmes.

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Nous allons donc étudier maintenant la nature des roches constituant le domaine océanique et le domaine continental. Une méthode simple pour déterminer les différentes zones est l'utilisation des ondes sismiques.

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Le profil des deux zones donne le résultat suivant :

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Au dela de 30 km de profondeur pour le domaine continental et de 14 km pour le domaine océanique, onconstate que la vitesse des ondes est très proche. Cela signifie que le milieu est le même. On est donc dans le manteau. Le moho est donc beaucoup moins profond dans le domaine océanique que dans le domaine continental. La croûte océanique mesure 9 km d'épaisseur en moyenne.

On constate que la croûte continentale ne supporte pas de grandes variations de vitesse. On peut donc supposer que la nature de la roche qui la constitue est assez homogène.

Dans le cas de la croûte océanqiue on voit se différencier nettement 3 zones. On peut donc estimer qu'il existe trois types de roche dans cette croûte.

On part de la supposition que ces roches se disposent selon la densité, les plus denses étant les plus profondes.

On va donc estimer la densité de 4 roches : le basalte, le granite, le gabbro et la péridotite.

Pour ce faire on pèse chaque échantillon puis on détermine son volume dans une éprouvette contenant de l'eau.

Les résultats obtenus par la classe sont les suivants :

granite : 2,7

basalte : 2,3

gabbro : 2,9

péridotite : 3,8

Comment ces roches se répartissent-elles sans la croûte et le manteau supérieur ?

Utilisons plusieurs informations.

 

Composition chimique des croûtes et des différentes roches :


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compo roches

 

On constate que la croûte continentale est beaucoup plus riche en silice (32,2 %) que la croûte océanique (22 %). Cela signifie que les roches de la croûte continentale seront plus riches en silice que les roches de la croûte océanique. La croûte continentale est donc constituée de roches granitiques, alors que la croûte océanique est essentiellement constituée de basalte et de gabbro. Comme la densité du gabbro est supérieure, il est donc située sous le basalte. Au dessus de cet ensemble, on trouvera des sédiments.

Sous le moho, un seul type de roche, la péridotite constitue le manteau.

On retrouve par cette analyse les résultats de Wegener qui avait observer la bimodalité de la courbe des altitudes et des profondeurs. La nature des fonds océaniques est différente de la nature des continents.

 

Coupe simplifiée du globe terrestre.

 

zonation globe

Comment étudier une roche ?

La première étude est l'étude à l'œil nu. Un échantillon de roche donne des renseignements précieux lorsqu'on l'observe.

Voit-on des éléments bien distincts ou pas.

Dans notre cas, on voit que trois roches ont des éléments distincts.

Le granite

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Le gabbro

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La péridotite

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On dit que ces trois roches sont grenues car les cristaux apparaissent comme des petits grains. Les roches sont entièrement cristallisées, elles ont donc refroidi lentement, donc en profondeur. Ces roches sont des roches magmatiques plutoniques.

 

Le basalte, au contraire ne montre aucun minéral différencié (sauf quelques inclusions).

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On dit que la roche est microlithique. La roche est imparfaitement cristallisée. Elle a donc refroidi rapidement et en surface. Le basalte est une roche magmatique éruptive.

le deuxième critère est la couleur de la roche.

Parmi les 4 échantillons, un seul présente une couleur claire, le granite. Cette couleur claire indique une forte présence de silice cristallisée sous forme de quartz.

Les trois autres échantillons sont de couleurs sombres. Ils sont donc relativement pauvres en silice.

Afin d'aller au delà de cette simple observation, on peut utiliser des lames minces de roches pour le microscope. La lumière normale ne donnant pas d'informations particulièrement nouvelles, on va utiliser la lumière polarisée.

Un polariseur est une lame d'une substance qui sélectionne la lumière vibrant dans une seule direction;

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Si on met deux polariseurs en série, on obtiendra un effet particulier, l'extinction, si les deux polariseurs sont perpendiculaires.

 

Deux polariseurs parallèles.

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Deux polariseurs perpendiculaires.

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On appelle polariseur le premier et analyseur le second polariseur. La lumière obtenue est dite LPA (lumière polarisée et analysée).

Si on intercale entre le polariseur et l'analyseur, une lame de roche, les cristaux vont prendre une couleur caractéristique et donneront un angle d'extinction particulier.

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On peut fixer un dispositif de polarisation sur un microscope photonique. A gauche, l'analyseur et à droite, le polariseur.

 

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Installation du dispositif sur un miscroscope.

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Sur le granite, on observera surtout le quartz qui donne une couleur grisâtre et le mica qui donne une couleur rougeâtre. On reperera que les cristaux sont jointifs.

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Le gabbro présente aussi des cristaux jointifs. On voit bien des cristaux jaunes de pyroxène et des cristaux à rayures (pyjama !) de plagioclase On peut apercevaoir aussi des cristaux d'olivine qui prennent des teintes vives de couleur variée.

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Sur le basalte, il est difficile de repérer les minéraux, car ils sont petits (microlithes) et entouré d'une pâte amorphe (non cristallisée) ou verre. On peut parfois repérer des phénocristaux (grand cristaux) de pyroxène ou de plagioclase.

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La péridotite est essentiellement constituée d'olivine. Les cristaux prennent des teintes très différentes. Les traces noires correspondent à une hydratation de la roche.

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On peut résumer l'ensemble des observations sur les roches par le tableau suivant :

 

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La limite entre la croûte contientale et la croute océanique ne se situe pas à la limite entre le continent et l'océan car celle-ci est assez fluctuante en fonction de la montée ou de la baisse des océans. Cette limite se situe au niveau du plateau continental qui est la véritable limite océan-continent. Elle est marquée par le passage du basalte au granite.

 

coupe goban


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Djibril 06/08/2017 17:36

Ce commentaire est plein d'enseignement Merci.

nourcine 20/05/2017 00:33

merci pour ce cours y est parfait y m'a bcp aider

jonat 05/02/2017 16:47

ce cours est tout simplement parfait mercii bcppp;););)

zyman 17/11/2016 22:38

merci beaucoup pour cette article mais pouvez vous mettre la reponse à ma question : par quel moyen de deplacement moderne calcule t'on les plaques

Otarie 01/11/2016 11:40

Vous me prenez pour une otarie !