Cours Tectonique des plaques (2013-2014)

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Cours pour la préparation aux concours d'enseignants SVT : Tectonique des plaques

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  • Models are tools to fill the holes left, those without informations.
  • Snider-Pelligrini : paléontologie ; Taylor : géologie. Wegener a fait une synthèse d’observation pour proposer que les continents avaient été tous réunis en un seul : la Pangée. Il s’opposait aux idées de l’époque qui considéraient que les continents formaient toute la surface du globe et sétaient effondrés avec le refroidissement de la Terre. Tous les arguments de Wegener peuvent être aussi repris d’ailleurs dans ce cadre quasiment. Wegener proposait que la dérive des continents pouvait être réalisé grâce à des forces centrifuges qui repoussaient les continents vers l’équateur et à la précession astronomique (la variation de l’axe de rotation de la Terre) - les marées.
  • Cependant, la science à l’époque était déjà très avancée dans les domaines de la physique. Sir Harold Jeffreys, qui notamment a travaillé sur le noyau liquide, demontrait que les forces évoquées par Wegener étaient bien trop faibles pour que les roches se déforment et que les continents bougent. La théorie de Wegener comportait trop de faiblesses. Certes, l’idée de dérive des continents est la bonne, mais les forces mises en jeu et les conséquences n’étaient pas adéquates.
  • C’est l’équipe de Stanley Runcorn dans les années 1950, qui a vraiment démontré la dérive des continents avec des observations indépendantes de celles utilisées dans l’hypothèse de Wegener. Runcorn est un pionnier du paléomagnétisme, l’enregistrement du champ magnétique passé dans les roches.
  • La même année et indépendamment, Dan Mc Kenzie et Robert Parker développèrent des idées analogues en introduisant le terme de « plaque » et l’année suivant, Xavier Le Pichon , en fit une première application. Il divisa la surface du globe en 6 plaques lithosphériques dont il détermina les frontières à partir de l’activité tectonique et calcula les pôles de rotation de leur mouvement relatif depuis 120 millions d’années. Par la suite, ces mêmes procédés permirent par simple « fermeture » des océans de reconstruire les positions successives des continents depuis 200 millions d’années. En 1968, Isaks, Jack Oliver et Lynn Sykes parlèrent de « nouvelle tectonique globale » en vérifiant qu’elle était conforme aux phénomènes sismiques, et Vine et Hess introduisirent l’expression « tectonique des plaques ».
  • Comme tout bouge à la surface de la Terre, il est nécessaire de dire par rapport à quoi exactement on définit un mouvement donné. On a constaté qu'un certain nombre de volcans (en général marins, les fameux points chauds !) ne bougeaient que très faiblement les uns par rapport aux autres : en gros, ils sont stables et les plaques "défilent" par dessus.
  • Les vitesses de ces déplacements vont de presque rien à plusieurs centimètres par an, jusqu'à 20 cm/an dans certaines région du Sud-Est asiatique (Papouasie-Nouvelle Guinée) et du Pacifique (Tonga-Kermadec) !
  • This kind of image you see it in high school. The seafloor, the continents, the tectonic plates. As a geologist, I’d like to start from reconstructing the evolution of the motion of continents and of the seafloor back in time.
  • Remember: a model is there to fill the holes. Can we do that with our model of convection in the mantle? Here are the equations: linear but coupled. We use them for a long time. But the rheology is complex and difficult to implement.
  • Cours Tectonique des plaques (2013-2014)

    1. 1. coltice@univ-lyon1.fr http://www.slideshare.net/coltice http://geosciences3D.univ-lyon1.fr Facebook group : Plate tectonics2.0
    2. 2. Objectifs du coursObjectifs du cours - Retracer le cheminement historique - Etre précis sur la théorie - Différencier les observations décisives - Identifier les limites du modèle     19201920 19601960 19701970
    3. 3. Histoire d’une théorieHistoire d’une théorie • La dérive des continents (1930) • La convection (1930) • Paléomagnétisme (1950) • Expansion des fonds océaniques (1960) • Magnétisme des fonds océaniques • Sismologie • Tectonique des plaques(1970) • Mesures instantanées (1990)
    4. 4. La dérive des continentsLa dérive des continents
    5. 5. http://geosciences3d.univ-lyon1.fr/resources.php#DER_CONT
    6. 6. LadérivedescontinentsLadérivedescontinents Symmétrie des côtesSymmétrie des côtes
    7. 7. LadérivedescontinentsLadérivedescontinents Distribution des espècesDistribution des espèces Les observations
    8. 8. LadérivedescontinentsLadérivedescontinents Relations pétrologiques et structuralesRelations pétrologiques et structurales
    9. 9. LadérivedescontinentsLadérivedescontinents Climat passéClimat passé
    10. 10. LadérivedescontinentsLadérivedescontinents Mouvements latérauxMouvements latéraux
    11. 11. • Isostasie : les roches océaniques sont différentes des roches continentales • Les continents (sial) dérivent sur le manteau (sima) • Forces motrices : isostasie sur un ellipsoïde et marées LadérivedescontinentsLadérivedescontinents Les mécanismes Le modèle de Wegener (1920)Le modèle de Wegener (1920)
    12. 12. Claire L. Evans
    13. 13. LadérivedescontinentsLadérivedescontinents La convection de Holmes (1930)La convection de Holmes (1930)
    14. 14. APW : hypothèse du dipôle terrestre tg (Incl) = 2 cotg (colat) LadérivedescontinentsLadérivedescontinents Les “preuves” Principes du paléomagnétismePrincipes du paléomagnétisme
    15. 15. LadérivedescontinentsLadérivedescontinents Dérive des pôles (1955)Dérive des pôles (1955)
    16. 16. L’expansion des fonds océaniquesL’expansion des fonds océaniques
    17. 17. L’expansiondesfondsocéaniquesL’expansiondesfondsocéaniques Topographie et âge Distribution hypsométriqueDistribution hypsométrique
    18. 18. L’expansiondesfondsocéaniquesL’expansiondesfondsocéaniques Distribution des âgesDistribution des âges
    19. 19. L’expansiondesfondsocéaniquesL’expansiondesfondsocéaniques Distribution des seïsmes : des zones localiséesDistribution des seïsmes : des zones localisées
    20. 20. L’expansiondesfondsocéaniquesL’expansiondesfondsocéaniques Séismes profonds : “plans” deSéismes profonds : “plans” de Wadati-BénioffWadati-Bénioff
    21. 21. Failles transformantes Concept de Wilson (1965)Concept de Wilson (1965) L’expansiondesfondsocéaniquesL’expansiondesfondsocéaniques
    22. 22. Les différents types de failles transformantesLes différents types de failles transformantes L’expansiondesfondsocéaniquesL’expansiondesfondsocéaniques
    23. 23. L’expansiondesfondsocéaniquesL’expansiondesfondsocéaniques Les mécanismes au foyerLes mécanismes au foyer
    24. 24. L’expansiondesfondsocéaniquesL’expansiondesfondsocéaniques
    25. 25. L’expansiondesfondsocéaniquesL’expansiondesfondsocéaniques Magnétisme des fonds océaniques Des anomalies mesurablesDes anomalies mesurables
    26. 26. L’expansiondesfondsocéaniquesL’expansiondesfondsocéaniques Un modèle pour leur origineUn modèle pour leur origine
    27. 27. La théorieLa théorie
    28. 28. • Bloc crustal indéformable (élastique) = lithosphère • Se déforme uniquement à ses frontières • Changement de forme : rides et subduction • Conservative : failles transformantes LathéorieLathéorie Plaques et frontières de plaques Concept de plaque (Morgan, 1968)Concept de plaque (Morgan, 1968)
    29. 29. Plaques Théorème d’Euler géométrie Vitesses en tout point Géométrie des frontières Évolution Des frontières HypothèseHypothèse Règles géométriques Le modèle géométriqueLe modèle géométrique : Le théorème d’Euler: Le théorème d’Euler PrédictionsPrédictions LathéorieLathéorie
    30. 30. LathéorieLathéorie http://geosciences3d.univ-lyon1.fr/resources.php#MVT_RIGIDE_SURFACE
    31. 31. LathéorieLathéorie http://geosciences3d.univ-lyon1.fr/resources.php#TTQ_PLAQUE
    32. 32. UtiliserUtiliser (i) les anomalies magnétiques(i) les anomalies magnétiques (ii) la position du pôle d’Euler(ii) la position du pôle d’Euler  on détermine la vitesse angulaireon détermine la vitesse angulaire VV == ωω.d.d ωω dd VV Comment déterminer la vitesse angulaire ?Comment déterminer la vitesse angulaire ? LathéorieLathéorie
    33. 33. Chaîne de l’Empereur (Hawaii)Chaîne de l’Empereur (Hawaii) Mesurer des vitessesMesurer des vitesses Points chauds = panaches profondsPoints chauds = panaches profonds Les points chauds LathéorieLathéorie
    34. 34. Identifier les points chaudsIdentifier les points chauds  un reférentiel absoluun reférentiel absolu LathéorieLathéorie
    35. 35. Quelles prédictions permet la théorie ? Les vitesses en tout point (modèle NUVEL-1)Les vitesses en tout point (modèle NUVEL-1) pôle d’Euler Antarctiquepôle d’Euler Antarctique LathéorieLathéorie
    36. 36. Les vitesses en tout pointLes vitesses en tout point LathéorieLathéorie
    37. 37. Evolution d’une jonction tripleEvolution d’une jonction triple LathéorieLathéorie
    38. 38. Stabilité des jonctions triples LathéorieLathéorie
    39. 39. 55
    40. 40. 33
    41. 41. 22
    42. 42. Claire L. Evans
    43. 43. Limites de la théorieLimites de la théorie
    44. 44. LimitesdelathéorieLimitesdelathéorie
    45. 45. LimitesdelathéorieLimitesdelathéorie GPS : PrincipesGPS : Principes Confrontations aux mesures instantannées
    46. 46. Application à la CalifornieApplication à la Californie LimitesdelathéorieLimitesdelathéorie
    47. 47. LimitesdelathéorieLimitesdelathéorie
    48. 48. Redéfinitions des frontières de plaquesRedéfinitions des frontières de plaques LimitesdelathéorieLimitesdelathéorie
    49. 49. Dynamique LimitesdelathéorieLimitesdelathéorie
    50. 50. LimitesdelathéorieLimitesdelathéorie
    51. 51. LimitesdelathéorieLimitesdelathéorie
    52. 52. LimitesdelathéorieLimitesdelathéorie
    53. 53. LimitesdelathéorieLimitesdelathéorie
    54. 54. LimitesdelathéorieLimitesdelathéorie
    55. 55. Depuis quand « existe » la tectonique desDepuis quand « existe » la tectonique des plaques?plaques? LimitesdelathéorieLimitesdelathéorie
    56. 56. Et sur les autres planètes?Et sur les autres planètes? LimitesdelathéorieLimitesdelathéorie

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