Lernzettel: Dynamique des Plaques Lithosphériques

📋 Plan du Cours

1. Mobilité des plaques lithosphériques et preuves géologiques de leurs déplacements
2. Mesure des déplacements absolus et relatifs des plaques par points chauds, datations volcaniques et anomalies magnétiques
3. Fonctionnement des dorsales rapides et lentes : magmatisme, tectonique et formation de la croûte océanique
4. Métamorphisme hydrothermal de la lithosphère océanique et évolution thermique et densité avec l’âge
5. Formation, relief et activité géologique des zones de subduction
6. Transformations métamorphiques dans la lithosphère subduite et rôle de la densité dans la subduction

📖 1. Mobilité des plaques lithosphériques et preuves géologiques de leurs déplacements

🔑 Notions clés & Définitions

• Plaques lithosphériques : Segments rigides et peu déformables de la lithosphère terrestre qui reposent sur l’asthénosphère ductile et sont mobiles les uns par rapport aux autres.
• Points chauds : Régions fixes du manteau profond, proches de la couche D’’, d’où émergent des panaches de matériel chaud qui traversent la lithosphère et créent des alignements volcaniques intraplaques.
• Plaques sont : Segments rigides et peu déformables de la lithosphère terrestre reposant sur l’asthénosphère ductile, qui se déplacent horizontalement en raison de la dynamique mantellique.
• Frontières de plaques : des mouvements le long de frontières de plaques : LES DORSALES

📝 Points essentiels

• La surface terrestre est découpée en plaques lithosphériques rigides et mobiles reposant sur l’asthénosphère ductile.
• Les alignements volcaniques intraplaques, liés à des points chauds fixes, permettent de mettre en évidence les déplacements des plaques lithosphériques.
• Les panaches mantelliques issus de la couche D’’ provoquent la formation de volcans intraplaques, dont l’âge croît avec la distance au volcan actif.
• Les frontières de plaques sont caractérisées par une forte activité géologique : - Parfois, du volcanisme et un flux géothermique important attestent de phénomènes magmatiques - Les dorsales sont des frontières divergente, caractérisées par un mouvement d’extension.
• Chapitre 5 – La dynamique de la lithosphère terrestre La surface de notre planète est découpée en un ensemble de plaques lithosphériques rigides, peu déformables, mais mobiles les unes par rapport aux autres (14 plaques principales, une quarantaine de microplaques).

💡 À retenir

La surface terrestre est découpée en plaques lithosphériques rigides et mobiles reposant sur l’asthénosphère ductile.

📖 2. Mesure des déplacements absolus et relatifs des plaques par points chauds, datations volcaniques et anomalies magnétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Champ paléomagnétique : Trace du champ magnétique terrestre conservée dans les roches magmatiques au moment de leur formation, permettant d’identifier les inversions de polarité au cours des temps géologiques.
• Anomalies magnétiques océaniques : Bandes parallèles et symétriques d’intensité magnétique variable enregistrées dans la croûte océanique, résultant des inversions du champ magnétique terrestre et de la création successive de croûte aux dorsales.
• Mouvements relatifs des plaques : Déplacements des plaques lithosphériques les unes par rapport aux autres, mesurés notamment par la datation des basaltes océaniques, l’analyse des anomalies magnétiques et le suivi GPS.

📝 Points essentiels

• Les points chauds sont considérés comme des repères fixes permettant de calculer les vitesses et directions absolues des plaques par datation des volcans.
• La répartition géographique des âges des basaltes océaniques montre une expansion océanique symétrique à partir des dorsales, permettant de calculer la vitesse relative des plaques.
• Les anomalies magnétiques océaniques forment un profil en bandes parallèles et symétriques, témoignant des inversions du champ magnétique terrestre et de la création de croûte océanique.
• Les mesures GPS permettent de déterminer les déplacements absolus des plaques avec une précision millimétrique, en référence aux méridiens et parallèles terrestres.
• Grâce aux forages dans les sédiments océaniques Connaissant ainsi la répartition géographique de l’âge des basaltes de la croûte océanique, on peut calculer la vitesse de l’expansion océanique, c’est-à-dire le déplacement relatif des plaques par rapport à l’axe de la dorsale.
• Direction du champ magnétique terrestre Anomalie négative (champ magnétique mesuré < champ magnétique moyen actuel) Anomalie positive (champ magnétique mesuré > champ magnétique moyen actuel) La mise en relation du profil magnétique du plancher océanique avec le calendrier des inversions magnétiques a permis de dater les basaltes du plancher océanique et de montrer que les basaltes sont d’autant plus anciens qu’on s’éloigne de part et d’autre de l’axe de la dorsale.

💡 À retenir

Les déplacements des plaques lithosphériques sont quantifiés précisément grâce à des méthodes combinant repères fixes, datations, anomalies magnétiques et technologies satellitaires.

📖 3. Fonctionnement des dorsales rapides et lentes : magmatisme, tectonique et formation de la croûte océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Magmatisme : Vient d’être décrit concerne les dorsales dites « rapides », dont la vitesse de divergence est au moins de 10 cm.an-1. Les dorsales moins actives ont des fonctionnements différents.
• Chambre magmatique : Courants brassent cette bouillie cristalline. Le contact des parois, un peu moins chaudes que le cœur de la chambre, favorise la cristallisation lente du magma.

📝 Points essentiels

• Les dorsales rapides (>10 cm.an-1) présentent un bombement large sans vallée axiale effondrée, avec une chambre magmatique active produisant basaltes et gabbros.
• Le magmatisme sous dorsale rapide résulte d’une fusion partielle de péridotites par décompression adiabatique, produisant un magma basaltique qui cristallise en gabbro en profondeur et basalte en surface.
• Le magmatisme est secondaire dans les dorsales lentes où la divergence est principalement assurée par la tectonique (failles), et la croûte océanique peut être discontinue ou absente.
• Le magmatisme ne joue donc qu'un rôle secondaire dans le cas des dorsales lentes, l'essentiel de la divergence étant assumé par des phénomènes tectoniques : failles normales et failles de décrochement.
• L'étude de la dorsale Atlantique a révélé des caractéristiques différentes de celles des dorsales rapides. Le bombement est nettement plus étroit. Au centre se trouve une vallée axiale effondrée, le rift, produite par le fonctionnement de nombreuses failles normales (mouvement d'extension - effondrement), ainsi que des failles de décrochement (mouvement de coulissage), qui mettent des péridotites à l'affleurement.

💡 À retenir

Le type de dorsale (rapide ou lente) détermine le mode de formation de la croûte océanique, entre magmatisme dominant et tectonique prédominante.

📖 4. Métamorphisme hydrothermal de la lithosphère océanique et évolution thermique et densité avec l’âge

🔑 Notions clés & Définitions

• Métamorphisme hydrothermal : Processus de transformation minérale à l'état solide dans la lithosphère océanique neuve, provoqué par l'infiltration d'eau froide qui se réchauffe en profondeur, entraînant la formation de minéraux hydratés sous des conditions de basse pression et basse température.
• Faciès schistes verts : Ensemble de conditions métamorphiques caractérisées par des températures modérées et des pressions basses, conduisant à la formation de minéraux hydratés tels que hornblende, chlorite et actinote dans les roches métamorphiques comme les métagabbros, métabasaltes et serpentinites.

📝 Points essentiels

• L’eau froide s’infiltre dans la lithosphère océanique neuve au niveau des dorsales, provoquant un métamorphisme hydrothermal qui forme des minéraux hydratés (hornblende, chlorite, actinote) du faciès schistes verts.
• Avec l’âge, la lithosphère océanique se refroidit, l’isotherme 1300 °C s’enfonce, épaississant la lithosphère et augmentant sa densité.
• L’augmentation de densité liée au métamorphisme et à l’épaississement du manteau lithosphérique provoque l’enfoncement progressif du plancher océanique loin des dorsales.
• De plus, si la croûte conserve son épaisseur initiale, l'épaississement du manteau lithosphérique (densité 3,3) augmente peu à peu sa contribution à la densité moyenne de la lithosphère. A partir d'un certain âge, celle-ci dépasse la densité du manteau asthénosphérique ductile (d = 3,25) sur lequel la lithosphère océanique rigide repose en équilibre dynamique. C'est pourquoi la lithosphère océanique s'enfonce et le plancher océanique devient de plus en plus profond à mesure que l'on s'éloigne de l'axe de la dorsale en direction des plaines abyssales.

💡 À retenir

Le métamorphisme hydrothermal et le refroidissement progressif modifient la composition minérale, la densité et la structure thermique de la lithosphère océanique au cours de son vieillissement.

📖 5. Formation, relief et activité géologique des zones de subduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Zone de subduction : Une frontière de plaques convergentes, au niveau de laquelle une plaque lithosphérique océanique plonge obliquement dans l'asthénosphère sous une autre plaque, océanique ou continentale.
• Plaque subduite : La première est dite plaque subduite plongeante, la seconde la plaque chevauchante.
• Zones de subduction : Le magmatisme des zones de subduction (cf.

📝 Points essentiels

• Une zone de subduction est une frontière convergente où une plaque océanique plonge obliquement sous une autre plaque, formant une fosse océanique profonde.
• Le plan de Wadati-Bénioff correspond à un plan incliné de foyers sismiques profonds jusqu’à 700 km, attestant la plongée de la lithosphère rigide dans l’asthénosphère.

💡 À retenir

Les transformations métamorphiques et l’augmentation de densité de la lithosphère subduite sont essentielles pour initier et maintenir la subduction par un moteur gravitaire puissant.

📖 6. Transformations métamorphiques dans la lithosphère subduite et rôle de la densité dans la subduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Faciès schistes bleus : Ensemble de conditions métamorphiques à haute pression et basse température où les roches de la croûte océanique subissent des transformations, notamment la formation de minéraux hydroxylés comme la glaucophane bleue.
• Lithosphère océanique : A partir d'un certain âge, celle-ci dépasse la densité du manteau asthénosphérique ductile (d
• Éclogite : Métagabbro à jadéite et grenat

📝 Points essentiels

• La lithosphère océanique subduite, hydratée par métamorphisme hydrothermal, subit en profondeur des transformations métamorphiques HP-BT vers les faciès schistes bleus puis éclogite.
• Ces transformations s’accompagnent d’une déshydratation progressive de la croûte océanique, libérant de l’eau qui hydrate le manteau sous-jacent et permet la fusion partielle à l’origine des magmas de subduction.
• La densité de la lithosphère océanique augmente avec l’âge et le métamorphisme, dépassant celle de l’asthénosphère après environ 60 Ma, ce qui favorise son enfoncement.
• L’augmentation de densité liée aux transformations métamorphiques est le principal moteur gravitaire de la subduction, entraînant la traction de la plaque lithosphérique et alimentant la convection mantellique.
• Une fois la subduction amorcée, les transformations métamorphiques qui affectent la croûte océanique accentuent l'augmentation de densité.
• L'épaisseur et la densité moyenne de la lithosphère océanique augmente avec son âge. Après 60 millions d'années environ, elle devient plus dense que le manteau asthénosphérique (d = 3,25). Cependant, ce déséquilibre gravitaire n'entraîne pas une plongée immédiate dans l'asthénosphère, car la portion de lithosphère qui pourrait sombrer est solidaire de sa partie plus jeune et moins dense. Des accidents tectoniques (failles) liés aux mouvements des plaques sont nécessaires pour déclencher la subduction.

💡 À retenir

La lithosphère océanique subduite, hydratée par métamorphisme hydrothermal, subit en profondeur des transformations métamorphiques HP-BT vers les faciès schistes bleus puis éclogite.

📊 Tableaux de Synthèse

Comparaison des dorsales rapides et lentes

Type de dorsale	Vitesse de divergence	Caractéristiques magmatiques	Caractéristiques tectoniques
Dorsale rapide	≥10 cm.an-1	Présence d'une chambre magmatique active, production de basaltes et gabbros	Bombement large, vallée axiale effondrée, failles normales et de décrochement
Dorsale lente	<10 cm.an-1	Magmatisme secondaire, divergence principalement par failles	Bombement étroit, rift, failles normales et de décrochement

Densité et évolution thermique de la lithosphère océanique

Âge de la lithosphère	Refroidissement et épaississement	Transformation métamorphique	Densité
<60 Ma	L'isotherme 1300°C s'enfonce, épaississement	Transformation HP-BT, formation d'éclogite	Densité augmente, dépasse celle du manteau asthénosphérique
>60 Ma	Refroidissement, épaississement accru	Augmentation de densité, enfoncement	Densité >3,25

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confusion entre plaques lithosphériques et zones de frontières sans distinction claire.
2. Mélanger les preuves géologiques de déplacement avec des processus locaux non liés à la tectonique globale.
3. Confondre magmatisme de dorsale rapide et lente, ou leur rôle dans la formation de la croûte.
4. Omettre la différence entre déplacement absolu et relatif des plaques.
5. Confondre métamorphisme hydrothermal et métamorphisme régional.
6. Ignorer l'impact de la densité sur la subduction et la dynamique des plaques.
7. Confondre la formation de la croûte océanique avec la formation de la croûte continentale.

✅ Checklist Examen

1. Revoir la différence entre dorsale rapide et lente.
2. Maîtriser la méthode de datation par anomalies magnétiques.
3. Comprendre le rôle des points chauds dans la mesure des déplacements.
4. Savoir expliquer le métamorphisme hydrothermal et ses effets.
5. Identifier les caractéristiques des zones de subduction.
6. Différencier les processus de formation de la croûte océanique et continentale.
7. Étudier la relation entre densité, âge et subduction.
8. Assimiler le fonctionnement des dorsales rapides et lentes.