SVT — Terminale
La géologie — Structure de la Terre et tectonique des plaques — Terminale SVT
Cours complet de géologie en Terminale SVT : structure interne de la Terre (croûte, manteau, noyau), tectonique des plaques (divergence, convergence,…
Par ProfBot
La géologie — Structure de la Terre et tectonique des plaques — Terminale SVT
Introduction
La Terre est une planète dynamique en perpétuelle évolution. Sa surface se fragmente en grandes dalles rigides — les plaques tectoniques — qui se déplacent lentement mais inexorablement, provoquant séismes, éruptions volcaniques et formation de chaînes de montagnes. Comprendre ce dynamisme nécessite de connaître la structure interne du globe.
« La Terre est une machine thermique dont les plaques tectoniques sont les pièces mobiles. »
1. Structure interne de la Terre
Comment connaît-on l'intérieur de la Terre ?
On ne peut pas observer directement l'intérieur du globe (le forage le plus profond atteint ~12 km, soit 0,2 % du rayon terrestre). On utilise les ondes sismiques comme outil d'exploration.
Types d'ondes sismiques :
- Ondes P (primaires, de compression) : se propagent dans les solides ET les liquides
- Ondes S (secondaires, de cisaillement) : se propagent uniquement dans les solides
L'analyse des variations de vitesse et de trajet de ces ondes révèle les discontinuités internes.
Les enveloppes terrestres
La Terre est structurée en enveloppes concentriques :
1. La croûte (0 à ~30–70 km)
| Croûte océanique | Croûte continentale | |
|---|---|---|
| Épaisseur | 5–10 km | 30–70 km |
| Composition | Basalte, gabbro | Granite, gneiss |
| Densité | ~3,0 g/cm³ | ~2,7 g/cm³ |
| Âge | < 200 Ma | Jusqu'à 4 Ga |
→ La discontinuité de Mohorovičić (Moho) sépare la croûte du manteau.
2. Le manteau (30–2 900 km)
- Manteau supérieur (30–660 km) : péridotite, solide mais ductile dans l'asthénosphère
- Manteau inférieur (660–2 900 km) : plus dense, solide
- Asthénosphère (~100–350 km) : zone partiellement fondue, permet le glissement des plaques
→ La discontinuité de Gutenberg sépare manteau et noyau.
3. Le noyau (2 900–6 371 km)
- Noyau externe (2 900–5 100 km) : fer et nickel liquide → les ondes S ne le traversent pas
- Noyau interne (graine, 5 100–6 371 km) : fer et nickel solide sous la pression extrême
→ La discontinuité de Lehmann sépare noyau externe et interne.
La lithosphère et l'asthénosphère
Lithosphère = croûte + manteau lithosphérique (partie rigide du manteau supérieur)
- Épaisseur : ~100 km sous les continents, ~60 km sous les océans
- Froide, rigide, cassante
Asthénosphère = zone partiellement fondue du manteau supérieur
- Ductile (se déforme sans se casser)
- Permet le glissement des plaques lithosphériques
💡 À retenir : Les plaques tectoniques sont des fragments de lithosphère qui glissent sur l'asthénosphère.
2. La théorie de la tectonique des plaques
Historique — La dérive des continents (Wegener)
Alfred Wegener (1912) propose que les continents actuels étaient réunis en un supercontinent unique : la Pangée (~250 Ma), qui s'est ensuite fragmentée et dont les morceaux ont dérivé.
Arguments de Wegener :
- Correspondance des côtes (Amérique du Sud / Afrique)
- Fossiles identiques sur des continents séparés (Mesosaurus, Glossopteris)
- Structures géologiques qui se « raccordent » d'un continent à l'autre
- Traces de glaciation en zones tropicales (Inde, Afrique)
Critique : Wegener ne connaissait pas le mécanisme moteur → sa théorie fut rejetée de son vivant.
Confirmation dans les années 1950–1970 :
- Découverte des dorsales océaniques
- Anomalies magnétiques symétriques de part et d'autre des dorsales → expansion des fonds océaniques
- Datation des roches océaniques : plus jeunes près des dorsales, plus anciennes loin
Les plaques tectoniques
La lithosphère est découpée en 12 grandes plaques et plusieurs petites :
- Plaque eurasiatique, africaine, nord-américaine, sud-américaine, pacifique, australienne, antarctique, Nazca, Cocos, Juan de Fuca, philippine, caribéenne…
Vitesse de déplacement : quelques centimètres par an (2 à 15 cm/an selon les plaques)
3. Les mouvements des plaques
Les moteurs de la tectonique des plaques
1. Courants de convection dans le manteau : Le manteau est chauffé par la radioactivité interne et la chaleur résiduelle de la formation de la Terre. Ces flux de chaleur créent des courants de convection qui entraînent les plaques.
2. Pousse de la dorsale (ridge push) : Le magma remonte à la dorsale, se solidifie et pousse les plaques de part et d'autre.
3. Traction de la plaque plongeante (slab pull) : La plaque océanique froide et dense s'enfonce dans le manteau par gravité, entraînant le reste de la plaque. C'est le moteur le plus important.
Les trois types de frontières de plaques
1. Frontières divergentes (dorsales)
Les plaques s'écartent → création de nouvelle lithosphère océanique.
Processus :
- Remontée de magma basaltique depuis l'asthénosphère
- Formation de basaltes et gabbros
- Création de la croûte océanique
Exemples :
- Dorsale médio-atlantique (Islande en est un exemple émergé)
- Rift Est-Africain (début de séparation continentale)
Topographie : Chaîne sous-marine avec vallée centrale (rift), séismes superficiels, volcanisme basaltique.
2. Frontières convergentes
Deux types selon la nature des plaques en collision :
a) Subduction (océan – continent ou océan – océan) : La plaque océanique (plus dense) plonge sous la plaque continentale ou sous une autre plaque océanique.
Conséquences :
- Formation d'une fosse océanique (ex. : fosse des Mariannes, −11 034 m)
- Volcanisme explosif en arrière de la fosse (andésite, dacite)
- Formation d'un arc volcanique insulaire (Japon, Antilles) ou continental (Andes)
- Séismes parfois très puissants (Chili 1960 M9,5 ; Japon 2011 M9,0)
- Fusion partielle de la plaque plongeante → production de magma
b) Collision (continent – continent) : Quand la croûte océanique disparaît totalement, les deux continents entrent en collision.
Conséquences :
- Formation de chaînes de montagnes (orogénèse) : Himalaya (Inde – Eurasie), Alpes (Afrique – Eurasie)
- Épaississement de la croûte continentale, plissements, chevauchements
- Séismes mais pas de volcanisme
3. Frontières transformantes (failles transformantes)
Les plaques coulissent horizontalement l'une par rapport à l'autre → pas de création ni de destruction de lithosphère.
Exemples :
- Faille de San Andreas (Californie) : plaque pacifique glisse vers le nord-ouest par rapport à la plaque nord-américaine
- Failles transformantes des dorsales
Conséquences :
- Séismes parfois très puissants (San Francisco 1906 ; Turquie)
- Pas de volcanisme
4. Le volcanisme
Types de volcanisme
| Type | Contexte | Magma | Éruption | Exemple |
|---|---|---|---|---|
| Effusif | Dorsale, point chaud | Basaltique (fluide) | Calme, coulées de lave | Hawaï, Islande, Piton de la Fournaise |
| Explosif | Subduction | Andésitique/rhyolitique (visqueux) | Explosif, nuées ardentes | Vésuve, Mont St Helens, Pinatubo |
La genèse du magma
À la dorsale : Décompression adiabatique → la péridotite remonte et fond partiellement sans être chauffée → magma basaltique.
En subduction : La plaque plongeante libère de l'eau (déshydratation des minéraux) → l'eau abaisse le point de fusion du coin mantellique → fusion partielle → magma plus riche en silice, plus visqueux.
Points chauds : Panaches mantelliques stationnaires → la plaque passe au-dessus → formation de chaînes d'îles volcaniques (Hawaï, Galápagos). Les volcans s'éteignent successivement au fur et à mesure que la plaque les emporte loin du panache.
Risques volcaniques
- Coulées de lave : destructrices mais lentes → évacuation possible
- Nuées ardentes (pyroclastiques) : mélanges gaz + cendres à 700°C, 300 km/h → mortelles (Pompéi 79 ap. J.-C., Martinique 1902)
- Lahars : coulées de boue volcanique
- Tsunamis si éruption sous-marine ou effondrement d'un flanc
- Hiver volcanique : émission de SO₂ dans la stratosphère → refroidissement planétaire
5. Les séismes
Définitions
Foyer (hypocentre) : point de rupture en profondeur dans la lithosphère. Épicentre : point de la surface terrestre situé à la verticale du foyer.
Profondeur des foyers :
- Séismes superficiels (< 60 km) : dorsales, failles transformantes
- Séismes intermédiaires (60–300 km) : zones de subduction
- Séismes profonds (300–700 km) : zones de subduction (plan de Wadati-Benioff)
Magnitude et intensité
Magnitude (échelle de Richter, puis moment sismique Mw) : Mesure l'énergie libérée. Échelle logarithmique : magnitude 7 libère ~30 fois plus d'énergie que magnitude 6.
Intensité (échelle EMS ou Mercalli) : Mesure les effets en surface — varie selon la distance à l'épicentre, la géologie locale, la qualité des bâtiments.
Les ondes sismiques en pratique
Les sismographes enregistrent :
- Ondes P (arrivée en premier, compression)
- Ondes S (ensuite, cisaillement)
- Ondes de surface (dernières, plus destructrices)
La différence d'arrivée P–S permet de calculer la distance à l'épicentre. Avec 3 stations → triangulation de l'épicentre.
Prévention
- Prévision : impossible précisément, mais zonage sismique
- Prévention : normes parasismiques (constructions résistantes), exercices d'évacuation
- Alerte précoce : systèmes d'alarme (quelques secondes à quelques minutes selon la distance au foyer)
6. Le cycle orogénique
Formation et destruction des océans
Cycle de Wilson (modèle complet du cycle de vie d'un océan) :
- Rift continental : fracture d'un continent (ex. : Rift Est-Africain aujourd'hui)
- Mer épicontinentale : océan naissant (ex. : Mer Rouge aujourd'hui)
- Océan mature : expansion (ex. : Atlantique)
- Subduction : fermeture par subduction (ex. : Pacifique qui se ferme)
- Collision : fermeture totale, orogénèse (ex. : Himalaya — ancien océan Téthys)
- Érosion : la chaîne de montagnes s'érode, retour à une pénéplaine
💡 Les Alpes se sont formées par la fermeture d'un bras de l'océan Téthys → collision entre la plaque africaine (Adriatique) et la plaque eurasiatique.
7. Isostasie
Le principe
La lithosphère flotte sur l'asthénosphère selon le principe d'Archimède appliqué à la géologie : une croûte continentale épaisse (montagne) est compensée par une racine crustale plongeant dans le manteau.
Modèle d'Airy : La croûte a une densité constante mais une épaisseur variable. Sous les chaînes de montagnes, la croûte est plus épaisse → racine.
Rebond isostatique : Après la fonte des glaciers (Scandinavie, Canada), la lithosphère allégée remonte → le niveau de la mer diminue localement.
8. Tableau récapitulatif — Frontières de plaques
| Frontière | Mouvement | Processus | Relief | Séismes | Volcanisme | Exemple |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Divergente | Écartement | Accrétion océanique | Dorsale, rift | Superficiels | Effusif (basalte) | Dorsale atlantique |
| Convergente (subduction) | Rapprochement | Destruction de lithosphère | Fosse + arc volcanique | Superficiels à profonds | Explosif (andésite) | Andes, Japon |
| Convergente (collision) | Rapprochement | Épaississement crustale | Chaîne de montagnes | Superficiels | Absent | Himalaya, Alpes |
| Transformante | Coulissement | Ni création ni destruction | Faille décrochante | Superficiels puissants | Absent | San Andreas |
9. Exercices corrigés
Exercice 1
Énoncé : Un sismographe enregistre les ondes P à 10 h 00 min 20 s et les ondes S à 10 h 02 min 50 s. Sachant que les ondes P se déplacent à 6 km/s et les ondes S à 3,5 km/s, calculer la distance à l'épicentre.
Correction : Δt = 2 min 30 s = 150 s
Soit d la distance à l'épicentre :
- Temps ondes P : t_P = d / 6
- Temps ondes S : t_S = d / 3,5
- Δt = t_S − t_P = d/3,5 − d/6 = d × (1/3,5 − 1/6) = d × (6−3,5)/(3,5×6) = d × 2,5/21
150 = d × 2,5/21 → d = 150 × 21/2,5 = 1 260 km
Exercice 2
Énoncé : Expliquer pourquoi on trouve des fossiles marins (ammonites) à 4 000 m d'altitude dans l'Himalaya.
Correction : Ces fossiles témoignent d'un ancien fond océanique (l'océan Téthys) qui s'est refermé par subduction. Lors de la collision entre la plaque indienne et la plaque eurasiatique (amorcée il y a ~50 Ma), les sédiments marins ont été comprimés et soulevés pour former l'Himalaya. La présence de fossiles marins à grande altitude est une preuve directe de l'orogénèse par collision.
Résumé — Ce qu'il faut absolument retenir
✅ Structure interne : croûte (océanique/continentale) → Moho → manteau (asthénosphère ductile) → Gutenberg → noyau externe (liquide) → Lehmann → graine (solide)
✅ Lithosphère = croûte + manteau lithosphérique rigide → glisse sur l'asthénosphère ductile
✅ Wegener : Pangée, dérive des continents, preuves (côtes, fossiles, géologie)
✅ Moteurs : convection mantellique, poussée dorsale, traction de la plaque plongeante (slab pull = principal)
✅ 3 frontières : divergente (dorsale, basalte effusif) — convergente subduction (fosse, volcanisme explosif) — convergente collision (chaîne, pas de volcanisme) — transformante (coulissement, séismes)
✅ Séismes : foyer, épicentre, ondes P/S, magnitude vs intensité, plan de Wadati-Benioff
✅ Volcanisme : effusif (basalte, dorsale/point chaud) vs explosif (andésite, subduction)
✅ Cycle de Wilson : rift → océan → subduction → collision → érosion
✅ Isostasie : la croûte flotte sur le manteau → rebond post-glaciaire