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Tectonique des plaques : structure du globe et mouvements
Rappels de 6e sur les séismes et les volcans ; la structure interne du globe (croûte, manteau, noyau, lithosphère et asthénosphère) ; les plaques et leurs vitesses ; la dérive des continents de Wegener ; dorsales, subduction et collision ; les points chauds.
À propos de cette page
Rappels de 6e : séismes et volcans, signes d’une planète active
En 6e, tu as appris que la Terre est une planète active : le sol tremble, des volcans entrent en éruption. En 5e, on cherche à comprendre où et pourquoi ces phénomènes se produisent. On commence par rappeler ce qui est déjà su.
Un volcan se forme quand du magma (roche fondue venue des profondeurs) monte jusqu’à la surface. Pendant une éruption, il rejette de la lave, des gaz et des cendres.
Séismes et volcans montrent que l’intérieur de la Terre est chaud et en mouvement. De la surface vers le centre, on y trouve la croûte, le manteau et le noyau.
Où se produisent-ils ? Sur une carte du monde, séismes et volcans ne sont pas répartis au hasard. Ils dessinent de longues bandes étroites : tout autour de l’océan Pacifique (on l’appelle la « ceinture de feu »), au milieu de l’océan Atlantique, du sud de l’Europe jusqu’à l’Himalaya. Entre ces bandes, de vastes régions ne connaissent presque jamais de séisme. Ces bandes sont la clé du chapitre : elles dessinent les limites des plaques (partie 3).
Le 6 février 2023, un séisme de magnitude 7,8 frappe le sud de la Turquie et le nord de la Syrie. Les roches se sont cassées à moins de 20 km sous la surface : c’est le foyer. Les villes les plus proches de l’épicentre sont parmi les plus touchées.
En avril 2010, le volcan islandais Eyjafjallajökull projette un énorme nuage de cendres : pendant plusieurs jours, une grande partie des vols au-dessus de l’Europe est annulée. Le magma, venu des profondeurs, a traversé la croûte jusqu’à la surface.
L’Islande, où se trouve ce volcan, est placée exactement sur la bande de séismes et de volcans qui parcourt le milieu de l’océan Atlantique.
Réflexe — pour décrire un séisme, je situe le foyer (en profondeur) puis l’épicentre (en surface, juste au-dessus) ; pour un volcan, je suis le trajet du magma, des profondeurs jusqu’à la lave en surface.
Attention — l’épicentre n’est pas l’endroit où les roches se cassent : c’est le point de la surface au-dessus du foyer.
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La structure interne du globe
Le forage le plus profond jamais réalisé, dans la péninsule de Kola (Russie), n’a atteint qu’environ 12 km de profondeur, alors que le rayon de la Terre mesure environ 6 370 km. Personne n’a donc jamais vu l’intérieur du globe : on le connaît grâce aux ondes sismiques, les vibrations produites par les séismes, qui traversent la Terre et changent de vitesse quand elles changent de milieu.
— la croûte, solide et mince : environ 7 km sous les océans, 30 à 40 km sous les continents (davantage sous les montagnes) ;
— le manteau, solide, jusqu’à environ 2 900 km de profondeur ;
— le noyau externe, liquide (fer et nickel fondus), jusqu’à environ 5 150 km ;
— le noyau interne, solide, jusqu’au centre (6 370 km).
La lithosphère est l’enveloppe rigide de surface : la croûte et la partie supérieure du manteau, environ 100 km d’épaisseur sous les océans. Elle repose sur l’asthénosphère, une partie du manteau solide mais qui se déforme lentement.
| Enveloppe | Profondeur | État | Composition |
|---|---|---|---|
| Croûte | de 0 à environ 7 km (océans) ou 30 à 40 km (continents) | solide | roches (basalte sous les océans, granite surtout dans les continents) |
| Manteau | jusqu’à environ 2 900 km | solide | roches |
| Noyau externe | de 2 900 à environ 5 150 km | liquide | fer et nickel |
| Noyau interne | de 5 150 à 6 370 km (le centre) | solide | fer et nickel |
Comment sait-on que le noyau externe est liquide ? Certaines ondes sismiques, les ondes S, ne se propagent pas dans un liquide. Elles traversent la croûte et le manteau, mais s’arrêtent à 2 900 km de profondeur : ce qui commence là est liquide. Au centre, le noyau interne reste solide malgré une température de plus de 5 000 °C, parce que la pression y est énorme.
Lithosphère et asthénosphère. Ces deux mots ne découpent pas le globe selon les roches, mais selon leur comportement. La lithosphère est rigide et cassante ; l’asthénosphère, juste dessous, est solide mais assez chaude pour se déformer très lentement, comme une pâte très épaisse.
À 1 000 km de profondeur, on est entre la base de la croûte et 2 900 km : dans le manteau. La roche y est solide.
Épaisseur du noyau externe : 5 150 − 2 900 = 2 250 km.
Sous un océan, la croûte ne mesure qu’environ 7 km : à 20 km sous le fond de la mer, on est déjà dans le manteau, mais encore dans la lithosphère (qui descend jusqu’à environ 100 km).
Réflexe — pour situer une profondeur, je la compare aux limites : base de la croûte (7 km sous un océan, 30 à 40 km sous un continent), 100 km environ (base de la lithosphère), 2 900 km (manteau / noyau externe), 5 150 km (noyau externe / noyau interne).
Attention — le manteau n’est pas un océan de magma : il est solide, et l’asthénosphère aussi. La seule enveloppe liquide du globe est le noyau externe.
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Les plaques lithosphériques et leurs mouvements
Les plaques se déplacent les unes par rapport aux autres de quelques centimètres par an (de 0 à une dizaine). Elles se déforment très peu en leur centre : presque tous les séismes et les volcans se produisent à leurs limites.
Distance parcourue = vitesse × durée. Repère utile : 1 cm par an pendant 1 million d’années, c’est 10 km.
Les grandes plaques. Les sept plus grandes sont les plaques pacifique, nord-américaine, sud-américaine, eurasiatique, africaine, antarctique et australienne. Leurs limites suivent les bandes de séismes et de volcans de la partie 1.
Ce qui les fait bouger. Le manteau, solide, est animé de mouvements extrêmement lents : les roches chaudes et profondes montent, les roches refroidies redescendent. C’est la convection du manteau. S’y ajoute le poids de la partie d’une plaque qui s’enfonce dans le manteau (partie 5) : elle tire le reste de la plaque derrière elle.
Calculer avec la vitesse d’une plaque. Les géologues comptent les durées en millions d’années, notées Ma. Avec 1 km = 100 000 cm et 1 Ma = 1 000 000 d’années, une vitesse de 1 cm par an donne 1 000 000 cm = 10 km en 1 Ma. Donc :
- une vitesse en cm par an × 10 = la distance en km parcourue en 1 Ma ;
- une vitesse en km par Ma ÷ 10 = la vitesse en cm par an.
À l’échelle des millions d’années, la carte du monde change. L’océan Atlantique s’élargit de 2 à 3 cm par an. La Méditerranée, elle, se referme lentement : l’Afrique se rapproche de l’Europe, de quelques millimètres à environ 1 cm par an selon les endroits.
Une plaque avance de 3 cm par an. En 2 Ma : 3 × 2 000 000 = 6 000 000 cm, soit 60 km (avec le repère : 3 × 10 × 2 = 60 km).
Une roche s’est éloignée de 90 km en 6 Ma : 90 ÷ 6 = 15 km par Ma, soit 15 ÷ 10 = 1,5 cm par an.
La plaque pacifique est presque entièrement océanique : en dehors d’îles et d’une étroite bande de la côte de Californie, elle ne porte presque aucune terre émergée. La plaque africaine porte presque tout le continent africain et une partie de l’océan Atlantique : sa limite ouest passe au milieu de l’océan, pas sur la côte.
Réflexe — pour passer d’une vitesse en cm par an à une distance, je multiplie par 10 pour avoir des km par million d’années, puis par le nombre de millions d’années.
Attention — une plaque n’est pas un continent : une plaque peut être presque entièrement océanique, ou porter à la fois un continent et un morceau d’océan.
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La dérive des continents : l’idée de Wegener
Ses indices : la forme des côtes, les fossiles, les traces d’anciens glaciers et les chaînes de montagnes qui se prolongent d’un continent à l’autre.
Sa théorie est rejetée, faute de moteur crédible. Elle n’est acceptée qu’à la fin des années 1960, grâce à l’étude des fonds océaniques, sous une forme nouvelle : la tectonique des plaques.
Les quatre indices de Wegener
- Les côtes : celles de l’Afrique et de l’Amérique du Sud s’emboîtent comme deux pièces de puzzle.
- Les fossiles : Mesosaurus, un petit reptile nageur d’environ 1 m, qui vivait il y a environ 280 millions d’années dans des eaux peu profondes, près des rivages,, n’a été retrouvé qu’en Amérique du Sud (Brésil, Uruguay) et en Afrique australe, séparés aujourd’hui par des milliers de kilomètres d’océan profond. Les feuilles fossiles de la plante Glossopteris se retrouvent en Amérique du Sud, en Afrique, en Inde, en Australie et en Antarctique.
- Les traces de glaciers : des roches rayées et déposées par d’anciens glaciers se trouvent en Afrique du Sud, en Inde et en Australie, régions aujourd’hui chaudes.
- Les montagnes : les Appalaches, en Amérique du Nord, prolongent des montagnes d’Écosse et de Scandinavie, de même âge et faites des mêmes roches.
Une idée rejetée, puis acceptée
Wegener imagine des continents qui glissent à travers le fond des océans, poussés par des forces liées à la rotation de la Terre (la force centrifuge) ou aux marées. Les physiciens montrent que ces forces sont beaucoup trop faibles : sans moteur crédible, la plupart des scientifiques rejettent toute la théorie. Wegener meurt en 1930 au Groenland, lors d’une expédition, sans avoir convaincu.
Dans les années 1950 et 1960, l’exploration du fond des mers change tout : on cartographie les dorsales, on date les basaltes du plancher océanique, on mesure l’aimantation de ses roches. Le plancher des océans n’a presque nulle part plus de 200 millions d’années, alors que certaines roches des continents ont environ 4 milliards d’années. Wegener avait raison sur le mouvement ; mais ce ne sont pas les continents seuls qui bougent : ce sont des plaques entières, continent et fond océanique ensemble.
Mesosaurus vivait dans des eaux peu profondes, près des rivages : il ne pouvait pas traverser un océan large et profond. S’il vivait des deux côtés de l’Atlantique sud, c’est que l’Amérique du Sud et l’Afrique étaient alors réunies.
Des traces de glaciers en Inde, région aujourd’hui tropicale : l’Inde était alors beaucoup plus au sud, réunie à l’Afrique du Sud et à l’Australie autour du pôle Sud.
Wegener meurt en 1930 ; la tectonique des plaques s’impose à la fin des années 1960 : il a fallu près de 40 ans pour que son idée de mouvement soit acceptée.
Réflexe — pour exploiter un indice, je me demande : peut-on l’expliquer sans que les continents aient été réunis ? Si non, c’est un argument en faveur de la dérive.
Attention — Wegener ne parlait pas de plaques : il imaginait des continents qui labourent le fond des océans. La tectonique des plaques, qui explique le mouvement, date des années 1960.
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Divergence et convergence : dorsales, subduction, collision
Là où deux plaques se rapprochent (convergence), la lithosphère océanique, plus froide et plus dense, s’enfonce dans le manteau sous l’autre plaque : c’est la subduction. Si deux lithosphères continentales se rencontrent, aucune ne plonge : elles se plissent et s’empilent en montagnes, c’est la collision.
La surface de la Terre ne change pas : la lithosphère créée aux dorsales est détruite, en même quantité, dans les zones de subduction.
La dorsale : une frontière de divergence
Une dorsale est une immense chaîne de montagnes sous-marine : mises bout à bout, les dorsales mesurent plus de 60 000 km. Leur sommet domine de 2 à 3 km les grandes plaines du fond de l’océan. Dans l’axe de la dorsale, le magma remonte, refroidit au contact de l’eau de mer et devient du basalte. Le plancher neuf s’écarte ensuite des deux côtés : l’âge des basaltes augmente quand on s’éloigne de la dorsale, de la même façon de chaque côté. Les séismes y sont peu profonds : la lithosphère, neuve et encore chaude, y est très mince.
La subduction : une frontière de convergence
En vieillissant, la lithosphère océanique refroidit et devient plus dense : elle finit par plonger dans le manteau, où elle est recyclée. La subduction laisse des marques reconnaissables :
- une fosse océanique, un creux étroit et très profond, qui peut dépasser 10 km (la fosse des Mariannes, dans le Pacifique, atteint presque 11 km) ;
- des séismes de plus en plus profonds quand on s’éloigne de la fosse, du côté où la plaque plonge, jusqu’à environ 700 km de profondeur ;
- une ligne de volcans, souvent explosifs, sur la plaque qui reste en surface, en général entre 100 et 300 km de la fosse.
La collision : la naissance des montagnes
Une lithosphère continentale est trop peu dense pour plonger. Quand deux continents se rencontrent, les roches se plissent, s’empilent et se soulèvent : une chaîne de montagnes se forme. L’Himalaya est né de la collision de l’Inde avec l’Eurasie, qui continue encore aujourd’hui (l’Inde se rapproche de l’Eurasie d’environ 5 cm par an) ; les Alpes, du rapprochement de l’Afrique et de l’Europe.
Avant la collision, l’océan qui séparait les deux continents a disparu par subduction. On retrouve parfois, plissées au cœur de la chaîne de montagnes, des roches formées au fond de cet ancien océan.
La dorsale médio-atlantique parcourt l’océan Atlantique du nord au sud. Elle sort de l’eau en Islande, où l’on peut marcher entre les deux plaques qui s’écartent.
Le long de la côte ouest de l’Amérique du Sud, la plaque de Nazca plonge sous la plaque sud-américaine : la fosse du Pérou-Chili longe la côte, et les volcans de la cordillère des Andes s’alignent à l’intérieur des terres.
L’Himalaya, la plus haute chaîne du monde (l’Everest y culmine à 8 849 m), n’a ni fosse ni volcans actifs : c’est une collision, pas une subduction.
Réflexe — pour reconnaître une frontière, je cherche les indices : relief sous-marin, basalte jeune et séismes peu profonds = dorsale (divergence) ; fosse, séismes de plus en plus profonds et volcans explosifs = subduction (convergence) ; hautes montagnes plissées sans fosse = collision (convergence).
Attention — la dorsale est un relief (une chaîne de montagnes sous l’eau) ; le creux très profond est la fosse, en zone de subduction. À une dorsale rien ne disparaît : tout se crée.
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Les points chauds
La plaque, elle, avance au-dessus. Chaque volcan est emporté loin du point chaud, s’éteint, et un nouveau volcan naît au-dessus du point chaud. Il se forme un alignement d’îles de plus en plus vieilles dans le sens du déplacement de la plaque.
L’exemple d’Hawaï. L’archipel d’Hawaï est au milieu de la plaque pacifique, à des milliers de kilomètres de toute frontière. Les volcans actifs, comme le Kīlauea, sont sur l’île d’Hawaï, au sud-est de l’archipel. En allant vers le nord-ouest, les îles sont de plus en plus vieilles, de plus en plus érodées et de plus en plus basses : les plus anciennes roches de Kauai ont plus de 5 millions d’années. La plaque pacifique se déplace donc vers le nord-ouest, à environ 10 cm par an.
Calculer la vitesse de la plaque. On divise la distance entre une île ancienne et le volcan actif par l’âge de l’île : on obtient des km par Ma, qu’on divise par 10 pour avoir des cm par an.
Une île volcanique éteinte, à 260 km du volcan actif du même alignement, a 4 Ma : 260 ÷ 4 = 65 km par Ma, soit 6,5 cm par an.
À La Réunion, le piton de la Fournaise, très actif, est un volcan de point chaud ; le piton des Neiges, plus ancien, est éteint.
L’Islande est à la fois sur la dorsale médio-atlantique et au-dessus d’un point chaud : c’est pour cela qu’elle produit assez de lave pour sortir de l’océan.
Réflexe — le volcan actif est au-dessus du point chaud ; la plaque se déplace du volcan actif vers les îles les plus vieilles.
Attention — ce n’est pas le point chaud qui se déplace, c’est la plaque. L’alignement des îles est la trace laissée par la plaque qui passe au-dessus du point chaud.
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Pour aller plus loin
Ces notions touchent au chapitre, mais elles sont traitées ailleurs ou se verront plus tard.
- Les séismes et les volcans en détail : la mesure d’un séisme (magnitude), les éruptions effusives et explosives (et pourquoi les volcans de subduction sont explosifs), l’aléa, la vulnérabilité, le risque et la prévention sont dans le chapitre « Séismes et volcans : phénomènes, aléas et risques ».
- Rappel de 6e : la Terre dans le système solaire et les premiers signes de son activité sont dans le chapitre de 6e « La Terre, une planète qui abrite la vie ».
- Au lycée : les failles transformantes (où deux plaques coulissent l’une contre l’autre), l’aimantation des roches du plancher océanique et le détail des preuves de la tectonique des plaques sont étudiés en 1re spécialité SVT, dans le chapitre « La tectonique des plaques ».
- Séisme : des roches se cassent en profondeur au foyer ; l’épicentre est le point de la surface juste au-dessus. Volcan : le magma monte et sort en lave, gaz et cendres. Séismes et volcans dessinent de longues bandes : les limites des plaques.
- De la surface au centre : croûte (7 km sous les océans, 30 à 40 km sous les continents), manteau solide jusqu’à 2 900 km, noyau externe liquide jusqu’à 5 150 km, noyau interne solide jusqu’à 6 370 km.
- La lithosphère (croûte + haut du manteau, environ 100 km) est rigide et découpée en plaques ; elle repose sur l’asthénosphère, solide mais déformable. Les plaques bougent de quelques cm par an (1 cm par an = 10 km par Ma), entraînées par la convection du manteau.
- Wegener (1912) : dérive des continents et Pangée, appuyées sur les côtes, les fossiles, les traces de glaciers et les montagnes ; rejetée faute de moteur, acceptée dans les années 1960.
- Dorsale = divergence : le magma fabrique du basalte neuf (accrétion), de plus en plus vieux en s’éloignant. Subduction = convergence : la lithosphère océanique, plus dense, plonge (fosse, séismes jusqu’à 700 km, volcans explosifs). Collision : deux continents forment une chaîne de montagnes.
- Point chaud : fixe, en plein milieu d’une plaque ; la plaque avance au-dessus et laisse un alignement d’îles de plus en plus vieilles (Hawaï, La Réunion).
Questions fréquentes
Quelle est la structure interne de la Terre ?
De la surface vers le centre : la croûte (environ 7 km sous les océans, 30 à 40 km sous les continents), le manteau, solide, jusqu’à 2 900 km, le noyau externe, liquide, jusqu’à 5 150 km, puis le noyau interne, solide, jusqu’au centre, à 6 370 km. On le sait grâce aux ondes sismiques, car aucun forage n’a dépassé 12 km environ.
Qu’est-ce qu’une plaque lithosphérique ?
C’est un morceau rigide de la lithosphère, l’enveloppe de surface formée de la croûte et du haut du manteau (environ 100 km). Les plaques reposent sur l’asthénosphère, solide mais déformable, et se déplacent de quelques centimètres par an, entraînées par la convection du manteau. Séismes et volcans se concentrent à leurs limites.
Quelles sont les preuves de la dérive des continents de Wegener ?
En 1912, Alfred Wegener s’appuie sur quatre indices : les côtes de l’Afrique et de l’Amérique du Sud qui s’emboîtent, les mêmes fossiles (Mesosaurus, Glossopteris) sur des continents séparés, des traces d’anciens glaciers dans des régions aujourd’hui chaudes, et des chaînes de montagnes qui se prolongent d’un continent à l’autre. Sa théorie, rejetée faute de moteur, est acceptée dans les années 1960.
Quelle est la différence entre une dorsale et une zone de subduction ?
À une dorsale, deux plaques s’écartent (divergence) : le magma fabrique du basalte neuf. Dans une zone de subduction, deux plaques se rapprochent (convergence) : la lithosphère océanique, plus dense, plonge dans le manteau, avec une fosse, des séismes de plus en plus profonds et des volcans explosifs.
Qu’est-ce qu’un point chaud ?
C’est une remontée de matière très chaude venue des profondeurs du manteau, presque fixe, qui alimente des volcans en plein milieu d’une plaque, comme à Hawaï ou à La Réunion. La plaque avance au-dessus et laisse un alignement d’îles de plus en plus vieilles.
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