Lernzettel: Les dynamiques des plaques lithosphériques

📋 Plan du Cours

1. Plaques lithosphériques et frontières
2. Caractéristiques des frontières de plaques
3. Mesure GPS du mouvement des plaques
4. Témoins géologiques de la divergence
5. Failles et reconstitution des mouvements
6. Dynamique des dorsales lentes et rapides
7. Accrétion et formation de la lithosphère océanique
8. Altération hydratation et métamorphisme en dorsale
9. Dynamique des zones de subduction
10. Déshydratation et magmatisme de subduction

📖 1. Plaques lithosphériques et frontières

🔑 Notions clés & Définitions

• Plaques lithosphériques : Ensemble formé de la croûte et du manteau lithosphérique, découpant la lithosphère en grandes unités mobiles.
• Mobilité horizontale : Mouvement des plaques lithosphériques principalement dans le plan horizontal, responsable de la dynamique des frontières.
• Frontières de plaques : Zones où se rencontrent deux plaques, correspondant à des divergences ou à des convergences (subduction ou collision).
• Zone de divergence : Frontière où deux plaques s’écartent, permettant la création de lithosphère et l’accrétion au niveau des dorsales.
• Zone de convergence : Frontière où deux plaques se rapprochent, incluant la subduction et la collision.

📝 Points essentiels

• La lithosphère est découpée en plaques constituées de la croûte et du manteau lithosphérique.
• Les frontières de plaques correspondent à des zones de divergence ou de convergence.
• Les plaques se déplacent avec des mouvements horizontaux, appelés mobilité horizontale.
• Aux dorsales (divergence), le flux thermique est important et la sismicité est présente.
• Aux zones de subduction (convergence), le flux thermique est important au niveau de la plaque subductante et la sismicité est présente.
• Aux zones de collision (convergence), le flux thermique est faible et la sismicité est présente, avec des roches dominées par le granite.

💡 Astuce mémo

Divergence = chaleur forte + roches basiques (basalte/gabbro) ; Subduction = chaleur forte près de la plaque qui plonge + roches intermédiaires ; Collision = chaleur faible + granite.

📖 2. Caractéristiques des frontières de plaques

🔑 Notions clés & Définitions

• Dorsale océanique : Frontière de plaques où la lithosphère s’écarte, ce qui favorise la remontée de magma et la création de nouvelle croûte océanique.
• Divergence : Mouvement d’une frontière où deux plaques s’éloignent l’une de l’autre, associé à l’extension et à l’ouverture de la zone.
• Magma : Matière rocheuse en fusion qui remonte sous la dorsale, puis se refroidit et se solidifie pour former des roches.
• Croûte océanique : Couche externe formée par la solidification du magma au niveau de la dorsale, constituant la nouvelle lithosphère océanique.
• Subduction : Zone où une plaque s’enfonce sous une autre, correspondant à un contexte tectonique différent de la divergence.

📝 Points essentiels

• À une dorsale océanique, la divergence correspond à l’extension et aux mouvements d’écartement des plaques.
• Le magma remonte sous la dorsale puis se solidifie, ce qui participe à la naissance de la croûte océanique.
• La dorsale est associée à une faille axiale et à un foyer de magma au niveau de la zone centrale.
• Les roches formées incluent le basalte et le gabbro, liés à la solidification du magma.
• Le système GPS mesure le mouvement actuel des plaques et permet d’en déduire sens et vitesse.
• Le déplacement des plaques est de l’ordre de quelques cm/an, et une zone de subduction peut être identifiée à partir du contexte tectonique des plaques.

💡 Astuce mémo

Dorsale = Divergence + Magma qui monte + Roches (basalte/gabbro) = nouvelle croûte ; Subduction = plongée d’une plaque.

📖 3. Mesure GPS du mouvement des plaques

🔑 Notions clés & Définitions

• Sédimentation océanique : Témoin géologique qui enregistre l’âge et l’épaisseur des dépôts au fur et à mesure de l’éloignement de la dorsale.
• Accrétion océanique : Processus par lequel du magma en provenance du manteau forme de nouveaux basaltes au niveau des dorsales.
• Points chauds : Zones mantelliques supposées fixes, à l’origine d’un volcanisme intra-plaque continu.
• Alignements d’îles volcaniques : Chaînes d’îles dont l’âge augmente avec l’éloignement du volcan actif, traduisant le déplacement de la plaque.
• Paléomagnétisme : Enregistrement par les basaltes de la direction du champ magnétique terrestre au moment de leur formation.

📝 Points essentiels

• Le magma remonte aux dorsales et produit des basaltes, puis les sédiments les recouvrent en s’éloignant de la dorsale.
• L’éloignement de la dorsale implique des sédiments plus épais, plus profonds et donc plus anciens.
• Les observations sur sédiments et basaltes servent à valider l’expansion océanique et la formation de la lithosphère océanique par accrétion.
• Les volcans intra-plaques se disposent aux extrémités d’alignements d’îles volcaniques.
• Les volcans actifs matérialisent les points chauds, et l’âge augmente quand on s’éloigne du volcan en activité.
• Les inversions du champ magnétique se lisent dans les basaltes via le paléomagnétisme, avec anomalies positives pour le même sens et négatives pour le sens opposé.

💡 Astuce mémo

Sédiments = horloge : plus loin de la dorsale → plus épais, plus profond, plus ancien ; Points chauds = boussole fixe : âge ↑ quand on s’éloigne du volcan actif.

📖 4. Témoins géologiques de la divergence

🔑 Notions clés & Définitions

• Faille normale : Faille normale : fracture où le compartiment supérieur s’abaisse par rapport à l’autre, typique d’un régime d’extension.
• Faille inverse : Faille inverse : fracture où le compartiment supérieur remonte par rapport à l’autre, typique d’un régime de compression.
• Divergence : Divergence : mouvement d’écartement des plaques qui favorise l’extension de la lithosphère.
• Convergence : Convergence : mouvement de rapprochement des plaques qui favorise la compression de la lithosphère.

📝 Points essentiels

• L’étude de la fracturation permet de déduire le mouvement lithosphérique à l’origine du contexte tectonique.
• Les failles normales sont des témoins d’un contexte de divergence (extension).
• Les failles inverses sont des témoins d’un contexte de convergence (compression).
• Dans un schéma de convergence, la fracturation attendue correspond à une faille inverse.
• Dans un schéma de divergence, la fracturation attendue correspond à une faille normale.

💡 Astuce mémo

Extension → faille normale (ça s’ouvre) ; Compression → faille inverse (ça se referme).

📖 5. Failles et reconstitution des mouvements

🔑 Notions clés & Définitions

• Dorsale océanique : Zone de divergence où les forces écartent les plaques et où le manteau asthénosphérique remonte pour alimenter la création de lithosphère océanique.
• Asthénosphère : Couche du manteau située sous la lithosphère, capable de remonter sous une dorsale et de subir une décompression à l’origine d’une fusion partielle.
• Péridotite asthénosphérique : Péridotite située dans l’asthénosphère, qui commence à fondre quand la pression diminue lors de la remontée sous la dorsale.
• Fusion par décompression : Fusion déclenchée par la baisse de pression lors de la remontée du manteau, conduisant à une fusion partielle de la péridotite.
• Chambre magmatique : Volume où le magma peut s’accumuler plus ou moins longtemps avant de refroidir et de cristalliser.

📝 Points essentiels

• Sous l’effet de la divergence, la pression diminue sous l’axe des dorsales, ce qui permet la remontée de roches du manteau asthénosphérique.
• La remontée est rapide : le manteau ne perd pas significativement de chaleur, mais subit surtout une décompression.
• Le géotherme de la dorsale recoupe le domaine de fusion de la péridotite quand la pression baisse.
• La fusion est partielle : la péridotite ne fond pas totalement et produit un magma.
• Le magma peut séjourner plus ou moins longtemps en chambre magmatique, ce qui influence le refroidissement et la cristallisation.
• À l’échelle du bilan, la séquence est : divergence → remontée asthénosphère → fusion partielle par décompression → magma → refroidissement rapide → cristallisation (basalte, gabbro).

💡 Astuce mémo

Décompression = Départ de la fusion : Dorsale → Décompression → Fusion partielle → Magma → Cristallisation.

📖 6. Dynamique des dorsales lentes et rapides

🔑 Notions clés & Définitions

• Hydratation métamorphique : Transformation des roches sous l’effet de l’eau, qui modifie les minéraux lors des variations de pression et de température.
• Gabbro métamorphisé : Gabbro dont la composition minéralogique change sous l’action du métamorphisme, produisant de nouveaux assemblages.
• Péridotite serpentinisée : Péridotite dont les minéraux ont été transformés par hydratation, typiquement associée à des conditions de profondeur.
• Domaine de stabilité : Intervalle physico-chimique où des associations minéralogiques précises restent stables pour une roche donnée.
• Subduction lithosphérique : Enfoncement progressif de la lithosphère océanique dans l’asthénosphère, lié à l’évolution de sa densité.

📝 Points essentiels

• L’hydratation et les variations de pression, température et composition chimique transforment le gabbro en gabbros métamorphisés, liés à la formation de péridotite serpentinisée et d’amphibole à partir de plagioclase.
• Les assemblages minéralogiques obtenus permettent de déduire des profondeurs physico-chimiques où se trouvait la roche échantillonnée.
• La variation pression–température déplace les réactions et donc les domaines de stabilité, par exemple entre péridotite serpentinisée et des assemblages de péridotite olivine + pyroxène.
• Le métamorphisme du gabbro conduit à un domaine de stabilité caractérisé par amphibole + chlorite + actinote.
• Après formation à la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et s’épaissit, ce qui augmente sa densité avec l’âge.
• En s’éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique plus dense s’enfonce dans l’asthénosphère moins dense, ce qui correspond à un mouvement de plaques.

💡 Astuce mémo

Refroidir = s’épaissir = densité ↑ ; donc la plaque plonge dans l’asthénosphère (densité plus faible).

📖 7. Accrétion et formation de la lithosphère océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Lithosphère océanique : Couche externe solide de la Terre sous les océans, dont la densité et la minéralogie évoluent avec l’âge et la température.
• Âge de la lithosphère océanique : Paramètre temporel qui conditionne la température interne et donc la solidification progressive de la croûte océanique.
• Solidification de la croûte : Processus de refroidissement qui transforme progressivement le matériau en roche plus stable, modifiant la densité de la lithosphère.
• Réactions métamorphiques : Transformations minéralogiques liées à la pression, à la température et à la composition chimique, qui ne se produisent que dans un domaine donné.
• Domaine de stabilité métamorphique : Ensemble de conditions (pression, température, composition) où un assemblage minéralogique reste stable.

📝 Points essentiels

• La densité de la lithosphère océanique varie avec son âge car la température évolue et la croûte se solidifie progressivement.
• Les variations de densité sont reliées au refroidissement et à la solidification, qui modifient l’état et la structure des roches.
• Les réactions métamorphiques dépendent d’un domaine précis de pression, température et composition chimique.
• Hors des conditions de stabilité, de nouveaux minéraux apparaissent et d’anciens minéraux disparaissent, traduisant un changement d’assemblage.
• Lors de la subduction, les changements de pression et de température déclenchent des réactions métamorphiques dans les roches de la lithosphère plongeante.
• L’évolution minéralogique conduit à une transition vers des roches plus denses, par exemple de la croûte océanique vers des assemblages de type éclogite.

💡 Astuce mémo

Âge → refroidissement → solidification → densité ↑ ; Conditions métamorphiques : P-T-compo = recette, hors recette = nouveaux minéraux.

📖 8. Altération hydratation et métamorphisme en dorsale

🔑 Notions clés & Définitions

• Subduction océanique : La subduction océanique est l’enfoncement d’une lithosphère océanique sous une autre, entraînant des changements de pression et de température.
• Lithosphère océanique : La lithosphère océanique correspond à la partie rigide de la plaque océanique qui plonge en profondeur lors de la subduction.
• Déshydratation progressive des gabbros : La déshydratation progressive des gabbros est la libération d’eau contenue dans ces roches au cours de leur transformation en profondeur.
• Hydratation du manteau : L’hydratation du manteau est l’incorporation d’eau dans les péridotites, qui modifie leur comportement thermique et favorise la fusion partielle.
• Fusion partielle de la péridotite : La fusion partielle de la péridotite est la production d’un mélange partiellement fondu à partir d’une péridotite solide, sous l’effet des conditions thermiques et de l’eau.

📝 Points essentiels

• La déshydratation libère de l’eau, ce qui modifie l’état chimique et minéralogique des roches en profondeur.
• La libération d’eau lors de la déshydratation accompagne le métamorphisme des zones de subduction.
• Le géotherme des zones de subduction peut conduire à une fusion partielle de la péridotite hydratée.
• La présence d’eau abaisse le point de fusion et permet d’obtenir une péridotite partiellement fondue.
• Le magma issu de la zone de subduction démarre d’un manteau riche en eau, avec des minéraux hydratés (H2O) comme origine.
• La fusion partielle produit des magmas à l’origine de roches volcaniques ou plutoniques, selon les conditions de refroidissement.

💡 Astuce mémo

Déshydratation = Eau libérée → Hydratation du manteau → Fusion partielle (péridotite) → Magma.

📖 9. Dynamique des zones de subduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Subduction : Processus de convergence où une lithosphère plonge sous une autre, entraînant la formation de magmas et de volcanisme.
• Fusion partielle : Mécanisme où une partie seulement d’une roche source fond, produisant un magma de composition différente de la roche non fondue.
• Cristallisation fractionnée : Évolution d’un magma où certains cristaux se forment puis sont séparés, modifiant progressivement la composition du liquide restant.
• Viscosité du magma : Propriété qui mesure la résistance à l’écoulement du magma, contrôlée notamment par sa teneur en silice.
• Roches volcaniques et plutoniques : Deux familles de roches magmatiques, distinguées par la vitesse de refroidissement et donc la taille des cristaux (verre possible en volcanique).

📝 Points essentiels

• Dans une subduction, la convergence lithosphérique favorise l’apport d’eau vers le manteau, ce qui déclenche une fusion partielle.
• La fusion partielle transforme une péridotite en magma, tout en laissant une partie de la péridotite non fondue comme résidu.
• La cristallisation fractionnée enrichit progressivement le magma en silice, ce qui fait évoluer la composition minéralogique et la nature des roches produites.
• Un magma plus riche en silice est plus visqueux, remonte plus lentement, refroidit davantage et tend à obstruer le cratère.
• La viscosité freine la migration des gaz : quand l’accumulation de gaz devient trop forte, la pression provoque une explosion et des émissions pyroclastiques.
• Les roches volcaniques refroidissent vite en surface (cristaux fins et présence de verre possible), tandis que les roches plutoniques refroidissent lentement en profondeur (cristaux plus grands).

💡 Astuce mémo

Subduction = Eau → Fusion partielle ; Silice ↑ → Viscosité ↑ → Gaz bloqués → Explosion (pyroclastes).

📖 10. Déshydratation et magmatisme de subduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Minéraux à produits OH : Minéraux contenant des groupes hydroxyles, dont la présence dépend de conditions hydratées et qui peuvent manquer en profondeur.
• Hydratation : Processus d’incorporation d’eau dans les minéraux, expliquant la présence de phases riches en OH dans certaines roches.
• Fusion partielle du manteau : Mécanisme de génération de magmas par production de liquide à partir d’un manteau, ici de composition proche d’un basalte.
• Différenciation magmatique par cristallisation : Évolution d’un magma lors du refroidissement, où les premiers cristaux formés contrôlent la composition des liquides restants.
• Croûte continentale : Ensemble de roches continentales dont la formation peut résulter de la fusion de roches de la croûte au contact du magma.

📝 Points essentiels

• Certains minéraux porteurs de OH sont absents des roches profondes, ce qui s’explique par un manque d’hydratation.
• Les magmas issus d’une fusion partielle du manteau, de composition initiale proche d’un basalte, évoluent pendant leur remontée vers la surface.
• Lors de la remontée, les magmas peuvent rester piégés dans la croûte ou atteindre la surface et produire du volcanisme.
• La cristallisation commence par des minéraux pauvres en silice, notamment olivine, pyroxènes et plagioclase.
• La différenciation par cristallisation permet d’obtenir une grande variété de roches à partir d’un magma initial identique.
• La formation d’une croûte continentale peut venir de la fusion de roches de la croûte continentale au contact du magma.

💡 Astuce mémo

OH = Hydratation : pas d’eau → pas d’OH en profondeur ; Cristaux d’abord pauvres en SiO2 (olivine/pyroxènes/plagioclase) → liquide restant plus riche en silice.

📊 Tableaux de synthèse

Frontières de plaques : marqueurs et roches

Type de frontière	Flux thermique	Sismicité	Roches dominantes
Dorsales (divergence)	important	présente	basalte, gabbro
Subduction (convergence)	important au niveau de la plaque subductante	présente	andésite, diorite, rhyolite, granite
Collision (convergence)	faible	présente	granite

Failles et contexte tectonique

Mouvement	Failles associées	Interprétation
Convergence	faille inverse	compression de la lithosphère
Divergence	faille normale	extension de la lithosphère

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre divergence et convergence : la divergence correspond à l’extension et aux failles normales, la convergence à la compression et aux failles inverses.
2. Croire que la sismicité et le flux thermique suivent le même schéma partout : aux dorsales et en subduction ils sont importants, en collision le flux thermique est faible.
3. Mélanger roches volcaniques et plutoniques : les plutoniques refroidissent lentement en profondeur (cristaux plus grands), les volcaniques refroidissent vite (verre possible).
4. Inverser l’effet de l’âge sur la lithosphère océanique : plus on s’éloigne de la dorsale, plus les sédiments sont épais, profonds et anciens, et la lithosphère s’épaissit et devient plus dense.
5. Penser que les points chauds se déplacent : ils sont supposés fixes, et l’âge des îles augmente quand on s’éloigne du volcan actif.
6. Oublier le rôle de l’eau en subduction : la fusion partielle est liée à l’hydratation/déshydratation, et la silice augmente la viscosité donc ralentit la remontée et favorise l’explosivité.
7. Confondre les étapes de la dorsale : divergence → remontée asthénosphère → fusion partielle par décompression → magma → refroidissement rapide → cristallisation (basalte, gabbro).

✅ Checklist Examen

1. Expliquer ce qu’est une plaque lithosphérique (croûte + manteau lithosphérique) et relier mobilité horizontale aux frontières de plaques.
2. Associer chaque type de frontière (dorsale/divergence, subduction, collision) aux marqueurs : flux thermique, sismicité et nature des roches dominantes.
3. Décrire le fonctionnement d’une dorsale océanique : ascension du magma, divergence/extension, faille axiale et foyer de magma.
4. Savoir lire l’activité GPS : identifier les plaques des stations ISPA et COPO, relever lat/long, et en déduire sens et vitesse (quelques cm/an).
5. Rappeler comment la sédimentation océanique sert d’horloge : plus on s’éloigne de la dorsale, plus les sédiments sont épais, profonds et anciens.
6. Expliquer le volcanisme de points chauds : volcans actifs aux extrémités d’alignements, points chauds supposés fixes, âge qui augmente avec l’éloignement.
7. Interpréter les anomalies magnétiques : paléomagnétisme des basaltes, anomalies positives/négatives selon le sens du champ, bandes symétriques et alternées de part et d’autre de la dorsale.
8. Relier fracturation et tectonique : failles normales ↔ divergence/extension, failles inverses ↔ convergence/compression.
9. Décrire la dynamique des dorsales : décompression sous l’axe, fusion partielle de la péridotite, magma, rôle de la chambre magmatique et cristallisation basalte/gabbro.
10. Comparer dorsale lente vs dorsale rapide à partir de l’activité : activité magmatique plus réduite en lente et divergence mettant plus directement à l’affleurement le manteau (selon le schéma).
11. Expliquer la formation de la lithosphère océanique par accrétion : refroidissement, épaississement, augmentation de densité avec l’âge, enfoncement dans l’asthénosphère moins dense.
12. Décrire la subduction océanique : plongement, variations P-T, réactions métamorphiques et évolution minéralogique (ex : croûte océanique vers éclogite).
13. Expliquer le rôle de l’eau en subduction : déshydratation progressive des gabbros, hydratation du manteau, fusion partielle de péridotites hydratées et origine d’un magma riche en eau.
14. Relier silice, viscosité et explosivité : silice ↑ → viscosité ↑ → remontée lente et gaz bloqués → explosion et émissions pyroclastiques (pyroclastes).