Lycée · 2ⁿᵈᵉ · SVT (2nde)
La Terre, un système en mouvement
Structure interne, tectonique des plaques et dynamique de la lithosphère (programme de 2nde — La Terre, la vie et l'organisation du vivant)
À propos de cette page
Structure interne de la Terre
La Terre est une planète stratifiée : elle est organisée en couches concentriques de densités croissantes vers le centre. Cette structure a été révélée par l'analyse des ondes sismiques qui se propagent à travers la Terre et changent de vitesse ou de direction aux interfaces entre couches.
- La croûte : couche superficielle solide, épaisseur de 7 à 70 km. On distingue la croûte océanique (7–10 km, dense, basaltique) et la croûte continentale (30–70 km, moins dense, granitique).
- Le manteau : 2 900 km d'épaisseur, silicaté, essentiellement solide (mais plastique en profondeur).
- Le noyau externe : liquide, principalement constitué de fer et de nickel, épaisseur ≈ 2 200 km.
- Le noyau interne (graine) : solide, fer-nickel, rayon ≈ 1 220 km.
Les densités augmentent vers le centre : la croûte continentale a une densité d'environ $2{,}7$, la croûte océanique ≈ $3{,}0$, le manteau ≈ $3{,}3$ à $5{,}5$, le noyau ≈ $10$ à $13$.
Les enveloppes terrestres : lithosphère et asthénosphère
Pour comprendre la tectonique des plaques, on distingue deux enveloppes définies par leurs propriétés mécaniques (et non leur composition) :
Asthénosphère : partie du manteau sous-jacente, ductile et plastique (les roches peuvent se déformer lentement). C'est sur l'asthénosphère que « flottent » les plaques lithosphériques.
La lithosphère est découpée en plaques tectoniques rigides qui se déplacent sur l'asthénosphère. Ce déplacement est lent (de 1 à 15 cm/an) et entraîne la déformation de la surface terrestre.
| Enveloppe | Composition | État mécanique | Épaisseur |
|---|---|---|---|
| Croûte océanique | Basalte, gabbro | Rigide | 7–10 km |
| Croûte continentale | Granite, gneiss | Rigide | 30–70 km |
| Manteau lithosphérique | Péridotite | Rigide | variable |
| Asthénosphère | Péridotite | Ductile / plastique | ≈ 200–300 km |
La tectonique des plaques : présentation
La tectonique des plaques est la théorie unificatrice des Sciences de la Terre, formulée dans sa forme moderne dans les années 1960–1970. Elle postule que la lithosphère est découpée en une douzaine de grandes plaques rigides et quelques plaques mineures.
Les principales plaques sont : Eurasiatique, Africaine, Américaine (Nord et Sud), Pacifique, Indo-australienne, Antarctique, Nazca, Caraïbes, Arabie, Philippines.
Le moteur des déplacements est la convection mantellique : des courants de matière chaude montent dans le manteau (sous les dorsales), se refroidissent et plongent (sous les zones de subduction). Ce cycle transfère l'énergie thermique interne de la Terre en mouvement des plaques.
Les frontières de plaques et leurs manifestations
Les plaques interagissent à leurs frontières selon trois types de contacts :
| Type de frontière | Mouvement | Volcanisme | Séismes | Exemple |
|---|---|---|---|---|
| Divergente | Écartement | Oui (effusif) | Peu profonds | Dorsale médio-Atlantique |
| Convergente (subduction) | Rapprochement | Oui (explosif) | Profonds | Andes, Japon |
| Convergente (collision) | Rapprochement | Non | Peu à moyens | Himalaya |
| Transformante | Coulissage | Non | Superficiels | Faille de San Andreas |
Volcanisme et magmatisme
Le volcanisme est l'expression en surface de la remontée de magma depuis l'intérieur de la Terre. Il est étroitement lié aux frontières de plaques.
On distingue deux types de volcanisme :
- Volcanisme effusif (dorsales, points chauds) : laves fluides, peu de gaz, éruptions peu dangereuses. Ex : Piton de la Fournaise (La Réunion), Hawaï.
- Volcanisme explosif (zones de subduction) : laves visqueuses, riche en gaz, explosions, projections de cendres et nuées ardentes. Ex : Mont Saint Helens (1980), Pinatubo (1991).
La sismologie : ondes et séismes
Un séisme (ou tremblement de terre) est une vibration du sol provoquée par la rupture brutale de roches le long d'une faille, libérant de l'énergie sous forme d'ondes sismiques.
- Foyer (ou hypocentre) : point à l'origine du séisme, en profondeur.
- Épicentre : point à la surface terrestre situé à la verticale du foyer.
- Ondes P (primaires) : ondes de compression, les plus rapides ($v \approx 6$ à $8$ km/s dans la croûte), propagent dans les solides et les liquides.
- Ondes S (secondaires) : ondes de cisaillement, plus lentes ($v \approx 3{,}5$ à $4{,}5$ km/s), propagent uniquement dans les solides.
La magnitude mesure l'énergie libérée par le séisme (échelle de Richter, logarithmique). L'intensité mesure les effets ressentis en un lieu (échelle EMS-98, dépend de la distance à l'épicentre).
La non-propagation des ondes S dans le noyau externe a permis de montrer que ce dernier est liquide : c'est la zone d'ombre sismique.
L'âge des fonds océaniques et l'expansion des dorsales
L'une des preuves les plus convaincantes de la tectonique des plaques est l'expansion des fonds océaniques, mise en évidence par les mesures de l'âge des basaltes du fond des océans.
Les roches sont de plus en plus anciennes à mesure qu'on s'éloigne de la dorsale : les plus jeunes sont à l'axe de la dorsale (0 Ma), les plus vieilles en bordure des continents (jusqu'à 180 Ma pour les plus vieux fonds océaniques).
La subduction compense la création de plancher océanique aux dorsales : la lithosphère océanique, devenue froide et dense, plonge dans le manteau. Ainsi, la surface de la Terre reste constante.
Isostasie et dynamique des reliefs
L'isostasie est l'équilibre gravitaire des différents blocs lithosphériques flottant sur l'asthénosphère, analogue à des icebergs sur l'eau.
Conséquences :
- La croûte continentale (densité $\approx 2{,}7$) émerge au-dessus du niveau des mers ; la croûte océanique (densité $\approx 3{,}0$) est immergée.
- Lors de l'érosion d'une chaîne de montagnes, la masse diminue et la croûte remonte (rebond isostatique).
- Lors d'une glaciation, le poids de la glace enfonce la croûte ; après la fonte, elle remonte (rebond post-glaciaire — visible en Scandinavie).
- La Terre est structurée en couches : croûte, manteau, noyau externe (liquide), noyau interne (solide).
- La lithosphère (rigide) repose sur l'asthénosphère (plastique) et est découpée en plaques tectoniques.
- Les plaques se déplacent de 1 à 15 cm/an grâce à la convection mantellique.
- Trois types de frontières : divergentes (dorsales), convergentes (subduction / collision), transformantes.
- Le volcanisme est effusif aux dorsales et aux points chauds, explosif en subduction.
- Les séismes se caractérisent par leur foyer, leur épicentre, les ondes P (solides + liquides) et S (solides seuls).
- L'expansion des fonds océaniques est prouvée par l'âge croissant des basaltes loin des dorsales.
- L'isostasie explique l'équilibre des reliefs : les montagnes ont des racines crustales profondes.
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