À propos de cette page
Ce cours de spécialité svt en terminale sur « Convergence lithosphérique et formation des chaînes de montagnes » suit le programme officiel de spécialité svt de terminale. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : La convergence lithosphérique : définition et contexte, La subduction : mécanismes et marqueurs géologiques, Le métamorphisme HP-BT : témoins de la subduction, Le magmatisme associé à la subduction. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de terminale à réussir en spécialité svt.
Au programme
1 · La convergence lithosphérique : définition et contexte
2 · La subduction : mécanismes et marqueurs géologiques
3 · Le métamorphisme HP-BT : témoins de la subduction
4 · Le magmatisme associé à la subduction
5 · La collision continentale et l'orogenèse
6 · Les ophiolites : témoins des anciens océans
7 · Reconstitution de l'histoire d'une chaîne de montagnes
8 · Les chaînes de montagnes et le cycle de Wilson
1La convergence lithosphérique : définition et contexte
La convergence lithosphérique désigne le rapprochement de deux plaques tectoniques. Elle s'effectue aux zones de subduction et aux zones de collision, toutes deux associées à la présence de chaînes de montagnes et de phénomènes géologiques intenses.
Définition. La subduction est le plongement d'une plaque lithosphérique (majoritairement océanique) sous une autre plaque en raison de sa densité plus élevée ($\rho \approx 3{,}3$ g/cm³ pour la lithosphère océanique ancienne contre $\rho \approx 2{,}8$ g/cm³ pour la croûte continentale). La collision se produit lorsque deux lithosphères continentales entrent en contact.
Le moteur de la convergence est la poussée des dorsales (ridge push) et surtout le poids de la plaque froide et dense qui plonge (slab pull). Ces forces assurent la mobilité des plaques à la surface de la Terre.
Le contexte géodynamique se lit à travers plusieurs outils : la tomographie sismique (visualisation du panneau plongeant froid), la répartition des séismes (plan de Wadati-Benioff) et la géochimie des roches.
Repère. La subduction implique obligatoirement une lithosphère océanique car la lithosphère continentale, trop légère, ne peut pas s'enfoncer dans le manteau.
Séquence géodynamique menant à la formation d'une chaîne de montagnes.
2La subduction : mécanismes et marqueurs géologiques
Lors de la subduction, la plaque plongeante s'enfonce selon un angle variable dans le manteau. Des séismes se produisent jusqu'à environ 700 km de profondeur, définissant le plan de Wadati-Benioff.
| Marqueur | Nature | Interprétation |
|---|
| Plan de Wadati-Benioff | Alignement de séismes profonds | Trace du panneau plongeant (slab) |
| Arc volcanique | Volcans calco-alcalins (côté continental) | Magmatisme lié à la déshydratation du slab |
| Fosse océanique | Dépression bathymétrique | Point de plongée de la plaque |
| Prisme d'accrétion | Nappes de sédiments raclés | Accumulation de matériaux non subduits |
| Roches HP-BT | Blueschistes, éclogites | Conditions de haute pression en profondeur |
Exemple. La subduction de la plaque Nazca sous la plaque sud-américaine engendre la fosse de subduction Pérou-Chili (jusqu'à 8 065 m de profondeur) et la cordillère des Andes avec ses volcans calco-alcalins.
Attention ! L'arc volcanique de subduction se situe toujours du côté de la plaque chevauchante (plaque qui ne subducte pas), à une distance d'environ 100–150 km au-dessus du panneau plongeant.
3Le métamorphisme HP-BT : témoins de la subduction
Lorsque la lithosphère océanique plonge dans le manteau, elle subit une augmentation rapide de la pression (P) sans hausse proportionnelle de la température (T). Ce contexte particulier est appelé métamorphisme haute pression – basse température (HP-BT).
Définition. Le métamorphisme est la transformation minéralogique d'une roche à l'état solide sous l'effet de la pression et/ou de la température. Un faciès métamorphique correspond à un domaine P-T où un ensemble de minéraux est stable.
Les principaux faciès témoins de la subduction sont :
- Schistes bleus (blueschistes) : contiennent de la glaucophane (amphibole bleue). P ≈ 5–15 kbar, T ≈ 200–400 °C.
- Éclogites : contiennent de la jadéite (pyroxène) et du grenat rouge-orangé. P > 15 kbar, T ≈ 400–700 °C — correspondant à > 45 km de profondeur.
Ces roches sont ramenées en surface lors de la remontée tectonique, ce qui permet de reconstituer le trajet P-T emprunté par la roche (chemin P-T).
Astuce mnémotechnique. Blueschiste = bleu → froid → subduction lente. Éclogite = densité maximale → profondeur maximale.
Comparaison du gradient géothermique normal et du gradient HP-BT caractéristique de la subduction.
4Le magmatisme associé à la subduction
La subduction génère un magmatisme particulier. La plaque plongeante se déshydrate progressivement : l'eau libérée abaisse le point de fusion des péridotites du coin de manteau sus-jacent, produisant un magma.
Ce magma est de composition calco-alcaline (riche en Si, Al, K) et donne naissance à des volcans explosifs (andésites, dacites, rhyolites) organisés en arc volcanique.
Exemples d'arcs volcaniques.- Arc insulaire : Japon, Antilles — subduction océanique sous océanique.
- Arc continental : Andes, Cascades (USA) — subduction océanique sous continentale.
Attention ! Le magmatisme de subduction est différent du magmatisme de point chaud (basalte alcalin) et du magmatisme de dorsale (MORB tholeiitique). Les laves andésitiques sont plus visqueuses et plus explosives que les basaltes.
Les plutons granitiques (batholithes) résultent du refroidissement lent en profondeur de ces magmas. Ils constituent une partie de la croûte continentale formée à l'aplomb de la zone de subduction.
Définition. La déshydratation du slab libère des fluides aqueux à partir de ~100 km de profondeur, déclenchant la fusion partielle des péridotites du manteau sus-jacent (température solidus abaissée de 100 à 200 °C par l'eau).
5La collision continentale et l'orogenèse
Lorsque la lithosphère océanique est entièrement consommée, les deux lithosphères continentales entrent en contact : c'est la collision. La croûte continentale, trop légère ($\rho \approx 2{,}8$ g/cm³), ne peut s'enfoncer profondément dans le manteau ($\rho \approx 3{,}3$ g/cm³).
La convergence se poursuit sous forme de raccourcissement crustal par chevauchements, plissements et épaississement de la croûte. Cette orogenèse (formation de montagnes) produit des chaînes de collision.
Définition. L'orogenèse est l'ensemble des processus tectoniques qui engendrent des reliefs montagneux : plissements, failles inverses, nappes de charriage et épaississement crustal.
L'épaississement crustal a deux conséquences :
- Soulèvement isostatique : comme un iceberg, plus la croûte est épaisse, plus son root crustal s'enfonce dans le manteau et plus la montagne s'élève.
- Métamorphisme de collision (BP-HT) : augmentation de T due à l'enfouissement et à l'épaississement (différent du HP-BT de subduction).
Exemple. L'Himalaya résulte de la collision entre la plaque indienne et la plaque eurasiatique, initiée il y a ~50 Ma. La croûte y atteint 70–80 km d'épaisseur (double de la normale), expliquant les sommets à plus de 8 000 m.
Étapes successives de la collision continentale menant à l'orogenèse.
6Les ophiolites : témoins des anciens océans
Les ophiolites sont des fragments de lithosphère océanique ancienne préservés dans les chaînes de montagnes. Elles constituent la preuve de l'existence d'un océan disparu par subduction.
Définition. Une
ophiolite est une séquence de roches représentant un fragment de lithosphère océanique obductée (posée sur la croûte continentale lors de la collision) ou piégée dans le prisme orogénique. Elle comprend, de bas en haut :
- Péridotites du manteau lithosphérique (dunites, harzburgites)
- Gabbros (cristallisation lente du magma dans la chambre magmatique)
- Basaltes en coussins (pillow lavas) — attestent la mise en place sous l'eau
- Sédiments pélagiques (calcaires, radiolarites)
Exemple. Les ophiolites d'Oman (complexe de Semail, ~95 Ma) constituent l'une des meilleures séquences ophiolitiques du monde, obductées sur la marge arabique lors de la fermeture d'un bras de l'océan Téthys. En France, les ophiolites du Chenaillet (Alpes) témoignent de l'ancienne Téthys alpine.
Astuce. L'empilement d'une ophiolite se lit comme un livre : les sédiments sont en haut (déposés en dernier), les péridotites en bas (manteau sous-jacent). Retrouver cet ordre dans une chaîne confirme la présence d'une ancienne lithosphère océanique.
7Reconstitution de l'histoire d'une chaîne de montagnes
Reconstituer l'histoire d'une chaîne de montagnes nécessite de lire les roches comme des archives. Plusieurs types d'indices sont utilisés conjointement :
| Indice | Information fournie |
|---|
| Ophiolites | Existence et âge d'un ancien océan |
| Roches HP-BT (blueschistes, éclogites) | Épisode de subduction, profondeur atteinte |
| Flore/faune fossile (provinces biogéographiques) | Paléogéographie (position des plaques) |
| Sédiments de marges passives | Rifting initial, ouverture d'un océan |
| Âge radiométrique des roches magmatiques | Datation des épisodes (U/Pb sur zircon) |
| Nappes de charriage | Ampleur du raccourcissement tectonique |
La démarche est la suivante : on reconstruit le cycle de Wilson en ordre chronologique — rifting → ouverture océanique → subduction → collision.
Exemple des Alpes.- Triasique–Jurassique : rifting et ouverture de l'océan Téthys (ophiolites du Chenaillet).
- Crétacé supérieur : début de subduction (blueschistes et éclogites dans les Alpes internes).
- Éocène (~50 Ma) : collision Europe–Adriatique → soulèvement des Alpes.
- Aujourd'hui : érosion active, soulèvement isostatique encore en cours.
Attention ! Dans les chaînes de montagnes, les nappes de charriage retournent l'ordre normal des couches : les roches les plus vieilles (fond de l'océan) peuvent se retrouver au-dessus des roches plus récentes (marge continentale).
8Les chaînes de montagnes et le cycle de Wilson
Le cycle de Wilson décrit l'ouverture et la fermeture répétées des océans à l'échelle de dizaines à centaines de millions d'années. Il relie la formation et la disparition des bassins océaniques à la formation des chaînes de montagnes.
Le cycle de Wilson en 6 étapes :- Embryonnaire : rift continental (ex. Rift Est-Africain)
- Jeune : mer étroite (ex. Mer Rouge)
- Mature : grand océan avec dorsale (ex. Atlantique)
- Déclin : fermeture par subduction (ex. Pacifique)
- Terminal : collision continentale (ex. Himalaya)
- Cicatrice : suture et relic orogénique (ex. Oural)
Ce cycle justifie que les chaînes de montagnes anciennes (Oural, Appalaches, Massif central) correspondent à de vieux sites de collision, et que les chaînes actives (Alpes, Himalaya, Andes) sont liées à des convergences actuelles.
Lien avec le programme. La compréhension du cycle de Wilson est essentielle pour expliquer l'évolution climatique à long terme : la formation des chaînes de montagnes accélère l'altération des silicates, ce qui consomme du CO₂ atmosphérique et peut induire des refroidissements climatiques globaux.
À retenir : les chaînes de montagnes sont des archives géologiques qui enregistrent toute l'histoire géodynamique d'une région, depuis l'ouverture d'un océan jusqu'à sa fermeture.
Frise chronologique du cycle de Wilson appliqué à la formation des Alpes (en Ma).
★À retenir
À retenir :
• La convergence lithosphérique peut mener à la subduction (lithosphère océanique) ou à la collision (deux lithosphères continentales).
• La subduction génère : fosse océanique, plan de Wadati-Benioff, métamorphisme HP-BT (blueschistes, éclogites) et magmatisme calco-alcalin.
• La collision produit l'orogenèse : épaississement crustal, nappes de charriage, soulèvement isostatique.
• Les ophiolites témoignent des anciens océans disparus par subduction.
• Le cycle de Wilson décrit la naissance, l'évolution et la fermeture des océans, conduisant à la formation de chaînes de montagnes.