Lernzettel: Introduction à la Tectonique des Plaques

📋 Plan du Cours

1. Composition et structure des croûtes continentale et océanique et du manteau lithosphérique
2. Processus de divergence lithosphérique, formation de la lithosphère océanique et métamorphisme hydrothermal
3. Datation des roches continentales et cycles orogéniques anciens et récents
4. Caractéristiques des chaînes de montagnes anciennes et récentes et marges continentales passives
5. Ophiolites, subduction, métamorphisme HP-BT et indices tectoniques dans les Alpes
6. Déformations tectoniques, nappes de charriage et épaississement crustal en contexte orogénique
7. Cycle orogénique, rifting, océanisation et formation des marges passives
8. Cycles tectoniques de Wilson, paléogéographie et reconstitution des anciens océans par l’étude des roches et faciès métamorphiques

📖 1. Composition et structure des croûtes continentale et océanique et du manteau lithosphérique

🔑 Notions clés & Définitions

• Croûte continentale : Une couche lithosphérique principalement composée de granites, des roches plutoniques de densité 2,8, contenant des minéraux tels que biotites, feldspaths et quartz, ainsi que des roches sédimentaires et volcaniques.
• Croûte océanique : Une couche lithosphérique formée principalement de basaltes volcaniques et de gabbros plutoniques, avec une densité moyenne de 2,9, contenant des minéraux comme les plagioclases, l'olivine et les pyroxènes.
• Manteau lithosphérique : Une couche située sous la croûte, constituée de péridotites vertes riches en olivine et pyroxènes, d'une densité d'environ 3,2, caractérisée par un état solide rigide distinct du manteau asthénosphérique.
• Sont des roches : Les péridotites sont des roches composées d’olivine et de pyroxènes, de couleur verte.

📝 Points essentiels

• La croûte continentale est principalement composée de granites, roches plutoniques de densité 2,8, contenant biotites, feldspaths et quartz.
• La discontinuité du Moho sépare la croûte du manteau lithosphérique.

💡 À retenir

La discontinuité du Moho sépare la croûte du manteau lithosphérique.

📖 2. Processus de divergence lithosphérique, formation de la lithosphère océanique et métamorphisme hydrothermal

🔑 Notions clés & Définitions

• Métamorphisme : Ensemble des transformations subies par une roche à l'état solide sous l'effet de modifications des conditions de température, de pression, et/ou de composition chimique.
• Lithosphère océanique : Couche rigide formée au niveau des dorsales lors de la divergence lithosphérique, qui s'éloigne de la dorsale en se refroidissant, s'épaississant et augmentant en densité.
• Domaine océanique : Zone caractérisée par la présence de rifts et de dorsales où la divergence lithosphérique conduit à la formation de nouvelles lithosphères océaniques.

📝 Points essentiels

• La divergence lithosphérique engendre des rifts et la formation d'une nouvelle lithosphère océanique au niveau des dorsales.
• La lithosphère océanique s'éloignant de la dorsale se refroidit, s'épaissit, augmente en densité et subit un métamorphisme hydrothermal.
• La limite entre le manteau lithosphérique rigide et l'asthénosphère ductile est définie par l'isotherme 1300°C.
• Elle est le siège d’un métamorphisme hydrothermal : en effet les minéraux se modifient par refroidissement, et par circulation d’eau océanique.
• • Divergence : à l’origine de rifts, donnant lieu à une nouvelle lithosphère océanique, au niveau de la dorsale formée.

💡 À retenir

La divergence lithosphérique engendre des rifts et la formation d'une nouvelle lithosphère océanique au niveau des dorsales.

📖 3. Datation des roches continentales et cycles orogéniques anciens et récents

🔑 Notions clés & Définitions

• Orogenèse calédonienne : Cycle orogénique correspondant à la période de formation de reliefs de la fin du Néoprotérozoïque au début du Cambrien, visible notamment dans le Massif armoricain.
• Orogéniques) issues de cycles orogéniques : Succession de processus géodynamiques responsables de la formation et de l'évolution des chaînes de montagnes, enregistrés dans les roches et structures des continents.

📝 Points essentiels

• La radiochronologie permet de dater la croûte continentale jusqu’à 4,28 Ga, alors que la lithosphère océanique ne dépasse pas 200 Ma.
• Les continents portent des traces de cycles orogéniques successifs, distinguant chaînes anciennes (ère primaire, 360-250 Ma) et récentes (moins de 200 Ma).
• L'orogenèse désigne l'ensemble des mécanismes à l'origine des chaînes de montagnes.
• L'orogenèse calédonienne correspond à un cycle orogénique du Néoprotérozoïque au Cambrien, visible dans le Massif armoricain.

💡 À retenir

La radiochronologie permet de dater la croûte continentale jusqu’à 4,28 Ga, alors que la lithosphère océanique ne dépasse pas 200 Ma.

📖 4. Caractéristiques des chaînes de montagnes anciennes et récentes et marges continentales passives

🔑 Notions clés & Définitions

• Chaînes de montagnes récentes : Massifs montagneux formés il y a moins de 200 millions d'années, présentant un relief élevé supérieur à 4000 mètres et un Moho situé entre 70 et 80 km de profondeur, indiquant une racine crustale importante.
• Chaînes anciennes : Se sont formées à l’ère primaire (entre 360 Ma et 250 Ma).
• Indices : Failles normales et blocs basculés
• Marges continentales passives : Dans les Alpes, on observe aussi la présence d’anciennes marges continentales passives formées lors de l’ouverture de l’océan aujourd’hui disparut.

📝 Points essentiels

• Les chaînes anciennes sont érodées, avec un Moho situé entre 25 et 30 km, et exposent des roches plutoniques et métamorphiques profondes.
• Les chaînes récentes présentent un relief élevé (>4000 m) et un Moho profond (70-80 km) avec une racine crustale importante.
• Les marges continentales passives sont identifiables par des blocs basculés séparés par des failles listriques normales, témoignant d'une ancienne distension lithosphérique.
• Les failles listriques sont des failles concaves vers le haut, caractéristiques des marges passives.

💡 À retenir

Les différences morphologiques et structurales entre chaînes anciennes et récentes, ainsi que les marges passives, illustrent les étapes variées de l'évolution tectonique.

📖 5. Ophiolites, subduction, métamorphisme HP-BT et indices tectoniques dans les Alpes

🔑 Notions clés & Définitions

• Ophiolites : Restes de lithosphère océanique charriés sur un continent, constitués d'une superposition de roches présentant des traces d'hydrothermalisme liées à la circulation d'eau de mer chauffée à haute température dans les dorsales, témoignant de la présence passée d'un océan.
• Subduction : Processus géodynamique où une plaque océanique plonge sous une autre, caractérisé par un métamorphisme haute pression et basse température (HP-BT) entraînant la déshydratation des roches hydratées, ce qui favorise la fusion partielle du manteau chevauchant et conduit à un volcanisme explosif.
• Faciès schiste bleu : Ce contexte produit des conditions de Haute pression et de Basse température (HP/BP) à l’origine de la formation du faciès schiste bleu (présence de glaucophane, une amphibole caractéristique de couleur bleue).

📝 Points essentiels

• Les ophiolites alpines, témoins de la lithosphère océanique charriée sur le continent, attestent d’une ancienne zone de subduction et de la fermeture d’un océan.
• Le métamorphisme HP-BT dans les zones de subduction provoque la déshydratation des roches hydratées, ce qui favorise la fusion partielle du manteau chevauchant et engendre un volcanisme explosif.
• Lorsque le plongement de la croute océanique se poursuit, on observe le faciès des éclogites contenant du grenat et le la jadéite. Le gradient de métamorphisme que l’on observe dans les Alpes de l’ouest vers l’est donne ici l’orientation de l’ancienne subduction qui entrainait le plongement de la plaque alpine sous la plaque adriatique aujourd’hui disparue.

💡 À retenir

Les ophiolites alpines, témoins de la lithosphère océanique charriée sur le continent, attestent d’une ancienne zone de subduction et de la fermeture d’un océan.

📖 6. Déformations tectoniques, nappes de charriage et épaississement crustal en contexte orogénique

🔑 Notions clés & Définitions

• Nappes de charriage : Structures géologiques résultant d'un empilement de terrains déplacés sur plusieurs kilomètres lors d'une collision continentale, où des terrains plus récents peuvent recouvrir des terrains plus anciens à cause du déplacement horizontal important.
• Failles inverses : Types de fractures cassantes dans la croûte terrestre où un bloc de roche est poussé au-dessus d'un autre, associées au raccourcissement et à l'épaississement crustal en contexte orogénique.
• Association à grenat + jadéite : Assemblage minéralogique caractéristique de certaines roches métamorphiques indiquant des conditions de haute pression et température, témoignant d'un enfouissement profond et d'un épaississement crustal.

📝 Points essentiels

• Les nappes de charriage résultent d'un empilement de terrains déplacés sur plusieurs kilomètres lors de la collision continentale.
• Les failles inverses et plis sont des déformations tectoniques associées au raccourcissement et épaississement crustal en contexte orogénique.
• L'épaississement crustal est attesté par la présence de roches métamorphiques contenant des minéraux indicateurs de conditions élevées de pression et température.
• Les plis (déformation souple) et les failles inverses (déformation cassante) qui accompagnent le raccourcissement et l’épaississement par une superposition de roches.

💡 À retenir

Les nappes de charriage résultent d'un empilement de terrains déplacés sur plusieurs kilomètres lors de la collision continentale.

📖 7. Cycle orogénique, rifting, océanisation et formation des marges passives

🔑 Notions clés & Définitions

• Rifting : Processus d'amincissement et de distension de la lithosphère continentale, souvent accompagné de failles normales parallèles et de blocs basculés, entraînant une extension de la croûte.
• Océanisation : Phase où l'étirement de la lithosphère conduit à sa rupture, permettant la remontée de l'asthénosphère en surface et la formation de magma basaltique par fusion partielle par décompression adiabatique.
• Marge Active : Zone de marge continentale caractérisée par une activité sismique et magmatique importante, souvent liée à des phénomènes de subduction ou de collision.
• Cycle orogénique : On définit le cycle orogénique ou cycle tectonique la succession des événements correspondant à la formation puis à la destruction d’une chaîne de montagnes.

📝 Points essentiels

• L'océanisation débute lorsque la lithosphère se rompt, permettant la remontée de l'asthénosphère et la formation de magma basaltique par fusion partielle.
• Les marges continentales passives résultent de l'écartement océanique et sont caractérisées par une absence d'activité sismique et magmatique.
• Le rifting peut être passif (mouvement tectonique) ou actif (remontée asthénosphérique), souvent combiné dans les contextes géodynamiques terrestres.
• Les marges passives bordant un océan portent des marques de distension (failles normales et blocs basculés) qui témoignent de la fragmentation initiale avant l’accrétion océanique. Les stades initiaux de la fragmentation continentale correspondent aux rifts continentaux. La dynamique de la lithosphère détermine ainsi différentes périodes paléogéographiques, avec des périodes de réunion de blocs continentaux, liées à des collisions orogéniques, et des périodes de fragmentation conduisant à la mise en place de nouvelles dorsales.
• Le nouveau plancher océanique ainsi formé s’écarte et éloigne ainsi les deux zones de croute continentales. Les marges continentales ainsi formées, inactives d’un point de vue sismique et magmatique deviennent des marges passives.

💡 À retenir

L'océanisation débute lorsque la lithosphère se rompt, permettant la remontée de l'asthénosphère et la formation de magma basaltique par fusion partielle.

📖 8. Cycles tectoniques de Wilson, paléogéographie et reconstitution des anciens océans par l’étude des roches et faciès métamorphiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Faciès métamorphique : Ensemble de caractéristiques minéralogiques et texturales d’une roche métamorphique qui renseignent sur les conditions de pression et de température, et permettent d’interpréter les contextes géodynamiques tels que la convergence continentale ou la subduction.
• Suture ophiolitique : Zone de contact dans une chaîne de montagnes où des complexes ophiolitiques, vestiges de lithosphère océanique, témoignent de la fermeture d’un ancien océan et de la collision entre deux plaques lithosphériques.
• Marge continentale : 1. Les traces d’une ancienne marge continentale passive
• Paléogéographie : Elle permet aussi grâce à la paléogéographie (=reconstitution des paysages et de l’organisation de la surface de la Terre dans le passé) de reconstituer l’environnement et la position des continents lors leur formation.

📝 Points essentiels

• Le cycle tectonique de Wilson décrit la fragmentation et la réunion des continents via ouverture et fermeture d'océans, formant des chaînes de montagnes.
• La paléogéographie permet de reconstituer la position et l'environnement des continents passés à partir de l'étude des roches et faciès métamorphiques.
• Les sutures ophiolitiques dans les chaînes de montagnes témoignent de la fermeture d'anciens océans et de la collision continentale.
• Les faciès métamorphiques (schistes verts, schistes bleus, éclogites) renseignent sur les conditions géodynamiques (convergence, subduction) et l'histoire tectonique.
• Les ophiolites sont des roches de la lithosphère océanique. La présence de complexes ophiolitiques formant des sutures au sein des chaînes de montagnes témoigne de la fermeture de domaines océaniques, suivie de la collision de blocs continentaux par convergence de plaques lithosphériques. L’émergence d’ophiolites résulte de phénomènes d’obduction ou de subduction, suivis d’une exhumation.

💡 À retenir

La paléogéographie permet de reconstituer la position et l'environnement des continents passés à partir de l'étude des roches et faciès métamorphiques.

📊 Tableaux de Synthèse

Cycle orogénique et processus associés

Étape	Description
Rifting	Séparation initiale des continents, formation de rifts et de dorsales
Océanisation	Formation d'une nouvelle croûte océanique au niveau des dorsales
Collision	Fermeture de l'océan
Suture	Zone de contact où se rejoignent deux blocs continentaux, souvent avec ophiolites

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confusion entre croûte continentale et océanique, notamment en termes de composition et densité
2. Mélanger processus de divergence et de convergence lithosphérique
3. Confondre métamorphisme de haute pression et de haute température
4. Oublier la distinction entre marges passives et actives
5. Confondre ophiolites et autres roches métamorphiques
6. Mélanger nappes de charriage et autres structures tectoniques
7. Confondre cycle orogénique et cycle Wilson dans leur description et leur chronologie

✅ Checklist Examen

1. Revoir la composition des croûtes continentale et océanique
2. Comprendre le processus de divergence lithosphérique et formation de lithosphère océanique
3. Maîtriser la datation des roches et cycles orogéniques
4. Identifier les caractéristiques des chaînes anciennes et récentes
5. Reconnaître les ophiolites et leur contexte tectonique
6. Comprendre les déformations tectoniques, nappes et épaississement crustal
7. Étudier le cycle orogénique, rifting, océanisation et marges passives
8. Reconstituer la paléogéographie à partir des faciès métamorphiques et roches