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CHAPITRE 1 La mobilit des continents :

naissance dune ide
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La naissance de la thorie de la drive des continents [pp. 76-77 du manuel de llve] 1

Connaissances du programme Capacits et attitudes mises en uvre dans lunit
Au dbut du XX
e
, les premires ides voquant la mobilit horizontale
sappuient sur quelques constatations :
la distribution bimodale des altitudes (continents/ocans) ;
les tracs des ctes ;
la distribution gographique des paloclimats et de certains fossiles.
Comprendre les difficults dacceptation des premires ides de mobilit.
Exploitation des documents par les activits
DOC. 1 ET 2 (Mettre en relation des informations). Voir le
schma p. 88. Cette activit doit permettre llve dapprhender
largumentation de Wegener et de reconstituer la position initiale
des deux continents partir de diverses donnes gographiques,
gologiques, palontologiques et climatologiques.
DOC. 3 ET 4 (Sinformer pour tablir une relation entre diff-
rents documents). Wegener interprte la distribution statistique du
relief (doc. 3) comme le signe dune diffrence de matriau pour
les continents et les ocans. Les continents, forms dun matriau
moins dense (le SIAL), seraient en quilibre sur un matriau plus
dense (le SIMA) qui constituerait le plancher des ocans. Sur la
base de lide de mouvements verticaux du SIAL sur le SIMA, il
imagine galement la possibilit de dplacements horizontaux des
continents.
DOC. 1, 2 ET 5 (Interprter des faits dobservation). La thorie
des translations de Wegener se base sur les liaisons continentales
passes, dont tmoignent les vestiges glaciaires, palontologiques
et gologiques. Le dplacement des continents, possible selon
lanalyse que Wegener fait de la rpartition des altitudes la sur-
face terrestre, rend vraisemblable la thorie de la drive des conti-
nents, partir de socles continentaux jadis contigus .
EN CONCLUSION (Communiquer en rdigeant une synthse). La
synthse doit reprendre lensemble des arguments gographiques,
lithologiques, palontologiques et climatologiques prsents dans
cette double page.
Conseils et suggestions
- La thorie de la tectonique des plaques a t prsente au col-
lge. Il sagit en Premire S de montrer comment ce modle sest
peu peu construit en mettant en uvre, comme le demande le
programme, une approche historique. Ainsi, les faits sont replacs
dans le contexte scientifique de lpoque o ils ont t mis en
vidence.
lpoque dAlfred Wegener, les scientifiques saccordent pour
dire que la Terre est entirement solide, sans toutefois partager la
mme vision de son histoire tectonique . Ds 1880, une corrla-
tion entre lEurope et lAmrique est tablie sur la base des vestiges
des orognses hercyniennes et caldoniennes. Celles-ci suggrent
que locan Atlantique fut galement le sige de ces orognses :
cest la thorie des ponts continentaux, effondrs dans les ocans
(E. Suess et Haug). Lautre vision plaide pour la permanence des
continents et des ocans, compatible avec le principe de lisostasie
et lexistence de gosynclinaux en bordure des continents. Selon
cette ide, lhypothse des effondrements de ponts continentaux
est incompatible avec lisostasie. Wegener fera la synthse de ces
deux visions contradictoires.
Si lide dune mobilit continentale avait dj t mise au
XIX
e
sicle, le mrite de Wegener fut dtayer cette hypothse
au moyen darguments scientifiques. Pour cette premire unit,
le choix a donc t fait de prsenter dabord les faits observs
et runis par Wegener (page de gauche) puis leur interprtation
(page de droite).
Lun des lments essentiels de la controverse opposant Wegener
et ses contradicteurs est la dualit ocan-continent, mise en vi-
dence par la distribution statistique du relief la surface de la Terre
et montre par la courbe de Trabert (doc. 3).
THME 2 CHAPITRE 1 19
LA TECTONIQUE DES PLAQUES :
HISTOIRE DUN MODLE
THME 2
Le doc. 2 correspond deux clichs permettant de localiser la
protine Her-2 sur un tissu sain et sur un tissu cancreux issu dune
tumeur du sein. Une coloration marron, tmoin de la prsence de
Her-2, est largement visible sur le tissu cancreux alors quelle ne
lest pas sur le tissu sain. Les cellules cancreuses contiennent donc
davantage de protine Her-2 que les cellules saines.
Le doc. 3 est un tableau nous renseignant sur la quantit dARNm
Her-2 prsents dans des cellules saines et des cellules cancreuses
issues de tumeurs du sein. Dans les cellules saines, lARNm Her-2
est environ 2 fois plus abondant que lARNm TBP (ARN tmoin)
alors que dans les cellules cancreuses il est environ 300 fois plus
abondant.
Finalement, les cellules cancreuses ne contiennent pas les mmes
protines que les cellules saines. En particulier, elles contiennent
beaucoup plus de protine Her-2 que les cellules saines : le phno-
type molculaire est donc perturb dans les cellules cancreuses.
Comme elles prsentent aussi beaucoup plus dARNm Her-2, on
peut penser que cest lexpression de linformation gntique, en
particulier la transcription, qui est perturbe dans les cellules can-
creuses.
THME 1 EXERCICES 18 SVT1
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S ditions Belin 2011 SVT1
re
S ditions Belin 2011
La thorie des translations de Wegener (1912) a donn lieu
des dbats qui menrent labandon de la thorie malgr des
arguments convaincants de Wegener : il manquait un moteur la
mobilit horizontale des continents.
la thorie des ponts continentaux (doc. 1) avance par mile
Haug (et E. Suess), Wegener rpond par limpossibilit physique
pour le SIAL de senfoncer dans le SIMA de densit plus importante.
Cet argument se retournera contre Wegener : si le SIMA est plus
rigide que le SIAL, alors celui-ci ne peut se dplacer sa surface.
Les donnes sismiques enregistres la fin du XIX
e
sicle prou-
vent que les parties internes du globe sont solides. Selon les dtrac-
teurs de Wegener, cet tat physique du globe est incompatible avec
la mobilit des continents. Pourtant, dans la dernire dition de son
livre La gense des continents et des ocans , Wegener voquait
dj la viscosit et non pas la rigidit des matriaux internes
Comme demand par le nouveau programme de Premire S,
les donnes sismiques ne sont pas apprhendes ici pour tablir
la structure interne du globe et mettre en vidence des zones de
discontinuits profondes. En dautres termes, on ne cherche plus
tablir le modle PREM qui est un modle rcent mais replacer
dans lhistoire du modle de la tectonique des plaques lapport de
ltude des ondes sismiques. Dans cette unit, ces donnes tmoi-
gnent de ltat solide du globe et, dans lunit 3, de la distinc-
tion entre la crote ocanique et la crote continentale. Plus loin
(chapitres 2 et 3), les ondes sismiques permettent de distinguer
la lithosphre de lasthnosphre et de mettre en vidence le ph-
nomne de subduction via la technique de tomographie sismique.
Une modlisation analogique est possible (voir p. 81) : elle utilise
un logiciel (Audacity par exemple, logiciel libre). De nombreux
serveurs acadmiques prsentent des protocoles denregistrements
dondes sismiques. Une modlisation numrique de la propagation
des ondes sismiques dans les parties internes du globe est gale-
ment possible : on peut par exemple utiliser le module Modle
Terre du logiciel Sismolog.
Labandon de la thorie de la drive des continents [pp. 78-79 du manuel de llve] 2
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Ces ides se heurtent au constat dun tat solide de la quasi-totalit
du globe terrestre tabli, la mme poque, par les tudes sismiques.
Lide de mobilit horizontale est rejete par lensemble de la commu-
naut scientifique.
Comprendre les difficults dacceptation des premires ides de mobilit.
Raliser et exploiter des modlisations analogique et numrique pour
tablir un lien entre propagation des ondes sismiques et structure
du globe.
DOC. 1 ET 2 (Confronter des arguments). Pour les adversaires
de Wegener (les fixistes ), les ponts continentaux expliquent les
corrlations transatlantiques des faunes et flores et invalident la
thorie de la drive des continents. Pour les partisans de celle-ci
(les mobilistes ), les ponts continentaux sont physiquement
impossibles en raison de la diffrence de densit du SIAL et du
SIMA.
DOC. 3 A 4 (Mettre en relation des informations). Le doc. 4
explique que les ondes S ne se propagent pas dans les liquides. Or,
lenregistrement Postdam, du sisme du Japon, montre que des
ondes S ont travers les zones profondes du globe (doc. 3). Cest
la premire preuve que le manteau nest pas liquide, mais solide.
DOC. 5 (Utiliser un modle numrique). La modlisation
montre que les ondes S se propagent dans les couches de sur-
face (la crote ) et mais aussi dans les couches internes (ici, le
manteau ) de la Terre. Celles-ci sont donc solides. Cette rigidit
est difficilement compatible avec le dplacement horizontal des
continents (mais galement incompatible avec leffondrement des
ponts continentaux).
DOC. 6 (Saisir des informations). Compte tenu de la rigidit
de la crote et du manteau, le dplacement horizontal des conti-
nents requiert une force trs importante, susceptible de dplacer
des masses continentales. Wegener avait envisag des forces
insuffisantes et tout fait inadaptes. Cest la raison du rejet de
la thorie de la drive des continents. [NB : en 1928 (alors que
Wegener est encore vivant), les travaux dA. Holmes voquent la
possibilit dune mobilit horizontale des continents par des forces
de convection internes].
EN CONCLUSION (Communiquer en rdigeant une synthse).
Il sagit pour llve de reprendre les diffrents lments prsents
ci-dessus : discussion de la mobilit possible des continents, verti-
cale (thories des ponts continentaux) ou horizontale (drive des
continents) ; apport de donnes sismiques nouvelles quant la
structure interne de la Terre, insuffisance du modle de Wegener,
auquel il manque des forces expliquant le dplacement des masses
continentales la surface dune Terre rigide.
Lun des lments cl de la controverse prsente dans les
units prcdentes est la dualit continents-ocans. Mais, au dbut
du XX
e
sicle, les ocans sont mconnus. Lessor de lexploration
ocanographique et en particulier de la prospection sismique en
milieu ocanique va contribuer partir des annes 1950 tablir
le contraste gologique entre continents et ocans.
Lavance des connaissances sur la structure et la composition de
la crote ocanique va permettre aprs-guerre, de relancer lhypo-
thse mobiliste. De ce point de vue, il est intressant de montrer
aux lves que comme souvent en sciences, les progrs techniques
permettent lvolution des ides.
Cette unit vise tablir le contraste entre la crote ocanique
et la crote continentale par lanalyse des donnes sismiques. La
connaissance de la technique de sismique rfraction nest pas exi-
gible. Llve doit cependant comprendre comment cette technique
met en vidence des couches de roches de nature diffrentes, les
interfaces entre ces couches constituant des rflecteurs des ondes
acoustiques (voir aussi un exemple de sismique rflexion p. 116).
Pour connatre la diffrence entre sismique rflexion et sismique
rfraction, on peut se reporter au site de lIFREMER : www.ifremer.
fr/drogm_uk/Realisation/Vulgar/Sismique/sismic.htm
La modlisation prsente p. 81 illustre la diffrence de vitesse de
propagation des ondes (semblables aux ondes P) dans deux mat-
riaux de densit variable (granite et pltre). Cette modlisation
peut tre ralise en classe. Les capteurs pizomtriques peuvent
tre relis soit un systme EXAO (avec un capteur voltmtre), soit
la carte son de lordinateur en utilisant un logiciel dacquisition
(Audacity, par exemple, libre de droit).
La dcouverte du contraste ocans-continents [pp. 80-81 du manuel de llve] 3
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La diffrence daltitude observe entre continents et ocans reflte
un contraste gologique Les tudes sismiques et ptrographiques permet-
tent de caractriser et de limiter deux grands types de crotes terrestres
[]
Concevoir une modlisation analogique et raliser des mesures laide
de dispositifs dexprimentation assiste par ordinateur de propagation
dondes travers des matriaux de nature ptrographique diffrente.
Comprendre comment des observations fondes sur des techniques
nouvelles ont permis de dpasser les obstacles du bon sens apparent.
Les copies dcran prsentes dans le doc. 3 ont t
zoomes de faon pouvoir lire les temps darrive des
ondes et rpondre la question 1.
DOC. 1 3 (Calculez des vitesses et mettre en relation des
donnes).
Granite, v = 1,4 km.s
-1
; pltre, v = 1, 08 km.s
-1
.
En estimant la vitesse de propagation des ondes par la technique
de sismique rfraction dans diffrentes couches (doc. 2) de la
crote ocanique et en comparant ces vitesses celles mesures
en laboratoire sur diffrents matriaux (doc. 3), on peut dtermi-
ner la nature ptrographique des matriaux constitutifs de la crote
ocanique.
DOC. 2, 4 ET 5 (Mettre en relation des donnes chiffres).
La couche 1 reprsente dans le doc. 2 est la colonne deau qui
surmonte la crote ocanique. La couche 2 est constitue de
sdiments : ce sont les sdiments ocaniques. La couche 3 est
vraisemblablement constitue de basaltes et de gabbros ; Cest la
crote ocanique.
partir des annes 1950, des campagnes dexploration ocano-
graphiques vont permettre de caractriser la crote ocanique en
particulier grce ltude sismique (technique de sismique rfrac-
tion). En effet, les ondes sismiques se propagent plus rapidement
dans les roches de la crote ocanique que dans celle de la crote
continentale. Le contraste ocan-continent est donc avr.
Les roches de la crote ocanique [pp. 82-83 du manuel de llve] 4
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Les tudes sismiques et ptrographiques permettent de caractriser et
de limiter deux grands types de crotes terrestres : une crote ocanique
essentiellement forme de basalte et de gabbro.
Observer diffrentes chelles, de lchantillon macroscopique la lame
mince, les roches des crotes ocanique
()
SVT1
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Lexploration ocanographie apprhende dans lunit prcdente
se poursuit dans les annes soixante. Aprs la sismique rfraction
et le dragage, lutilisation de submersibles et de forages (voir
galement doc. 3, p. 119) va permettre dtudier directement les
roches de la crote ocanique.
Cette unit est donc une prsentation des roches de la crote
ocanique. Au collge, la nature des roches qui composent la lithos-
phre et lasthnosphre nest pas au programme. Les lves nont
donc a priori pas fait dtude de roches ni lchelle de lchan-
tillon et encore moins lchelle microscopique.
Le programme de Premire S limite ltude des roches leurs
principales caractristiques . Dans ce contexte ltude porte bien
sr sur un basalte (doc. 3 : basalte dun pillow) et un gabbro. Cette
tude doit amener llve la notion de roches magmatiques,
rsultats de la cristallisation dun magma. La comparaison des
structures grenues (gabbro) et microlithique (basalte) permet
dvoquer la vitesse de refroidissement.
Les limites du programme sont claires en ce qui concerne liden-
tification des minraux : llve na pas mmoriser les critres
didentification. La recommandation dobservation de lames minces
porte donc sur la formation de llve utiliser un outil permettant
de dcrire une roche (structure et minralogie). Concrtement, il
sagit donc de lui donner les critres didentification de tel ou tel
minral et de lui demander de le retrouver dans la lame mince.
Cest ainsi que sont conues les activits utilisant le microscope
polarisant lors de lpreuve dvaluation des capacits exprimen-
tales en Terminale S. En formation, il est galement possible de
demander llve de dcrire ce quil observe en lumire polarise
non analyse et en lumire polarise analyse.
Quelques donnes chimiques sont fournies en mme temps
que la composition minralogique des roches. Ce ne sont pas des
notions exigibles. Mais il est ncessaire pour llve de comprendre
que les minraux sont des assemblages dlments chimiques.
- La distinction entre minral et cristal est galement fournie
(doc. 5). Elle est ncessaire pour apprhender la structure microli-
thique dune roche.
DOC. 1 3 (Mettre en relation des connaissances et des
donnes nouvelles). La sismique rfraction (voir unit 3) a permis
de supposer que la crote ocanique est constitue de basaltes et
de gabbros. Lobservation in situ et les forages ont confirm cette
hypothse.
DOC. 2, 4 ET 5 (Prsenter des donnes sous la forme dun
tableau double entre).
Basalte Gabbro
Composition
chimique
O (43-45 %)
Si (22-24 %)
Ca (8-10 %)
Al (8-9 %)
Fe (7-9 %)
O (43-45 %)
Si (22-24 %)
Ca (8-10 %)
Al (8-9 %)
Fe (7-9 %)
Composition
minralogique
Plagioclase
Pyroxne
Olivine
Verre
Plagioclase
Pyroxne
Olivine
Structure Microlithique Grenue
DOC 1, 2 ET 6 (Adopter une dmarche explicative). Le doc. 1
montre que les basaltes en pillow se forment au contact de leau.
Le doc. 2 montre que les gabbros se forment sous les basaltes et
le doc. 6 donne des informations sur la relation entre vitesse de
cristallisation et structure de la roche. Llve doit donc parvenir
lide que les basaltes, roches microlithiques, cristallisent en
surface et que les gabbros, qui ont la mme composition chimique
et minralogique mais une structure grenue, cristallisent en pro-
fondeur.
La synthse doit reprendre lensemble des informations ci-dessus.
La crote continentale peut bien entendu faire lobjet dune
tude sur le terrain. Une sortie est recommande dans la partie
Tectonique des plaques et gologie applique . On pourra mettre
profit cette sortie pour observer la diversit des roches sur les
continents et, si possible, observer et chantillonner un affleure-
ment de granite. Une telle sortie est aussi loccasion de prsenter
une carte gologique aux lves.
Les limites du programme et les attendus en matire de minra-
logie sont les mmes que pour lunit prcdente.
Ltude des roches de la crote ocanique et/ou continentale
(units 4 et 5) peut faire lobjet dun travail en tche dite complexe
avec un objectif clairement dfini, une consigne unique et une
stratgie de travail laisse linitiative de llve.
Lobjectif de ltude de la crote continentale dans le cadre de
lapproche historique du modle de la tectonique des plaques reste
bien sr la comparaison avec les roches de la crote ocanique.
DOC. 1 3 (Saisir des informations). La crote continentale est
qualifie dhtrogne parce quelle est constitue dune diversit
de roches : sdimentaires, magmatiques et mtamorphiques. [NB :
la notion de mtamorphisme est nouvelle. Cette notion est dfinie
dans le doc. 1 mais llve doit retenir que la crote continentale
a une composition globalement granitique].
DOC. 4 (Saisir des informations). Le granite est une roche
magmatique, grenue, constitue de quartz, feldspaths et micas.
Les lments chimiques essentiels qui la constituent sont loxygne
(49 %), le silicium (36 %), laluminium (7 %) et le potassium (4 %).
DOC. 5 (Mettre en uvre un protocole exprimental) La den-
sit mesure pour le granite est de 2,34. La densit calcule pour
le basalte est de 2,62 [NB. : on peut ce stade faire le lien avec le
SIAL et le SIMA des units 1 et 2]. Ceci confirme le contraste entre
la crote ocanique et continentale. Cela permet en outre dexpli-
quer la diffrence de vitesse de propagation des ondes sismiques
dans les deux crotes.
DOC 1 A 5 (Prsenter des donnes sous la forme du tableau)
Crote ocanique Crote continentale
Roches Basalte - Gabbros Granite
Densit Environ 2,9 Environ 2,7
Chimie
O, Si, Ca, Al,
Fe, Mg, etc.
O, Si, Al, K, Na, Ca, etc.
Minralogie
Pyroxne, Plagioclase,
olivine
Quartz, Feldspath, Mica
La synthse reprend lensemble des caractristiques des roches de
la crote continentale prsentes dans cette double page.
Les roches de la crote continentale [pp. 84-85 du manuel de llve] 5
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Les tudes sismiques et ptrographiques permettent de caractriser et
de limiter deux grands types de crotes terrestres : une crote ocanique
essentiellement forme de basalte et de gabbro et une crote continen-
tale constitue entre autres de granite.
Observer diffrentes chelles, de lchantillon macroscopique la lame
mince, les roches des crotes ocanique et continentale et du manteau.
La dcouverte et la caractrisation du manteau [pp. 86-87 du manuel de llve] 6
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La crote repose sur le manteau, constitu de pridotite. Observer diffrentes chelles, de lchantillon macroscopique la lame
mince, les roches des crotes ocanique et continentale et du manteau.
Cette unit est loccasion de mettre en vidence le Moho, dtablir
prcisment lpaisseur de la crote terrestre et de la distinguer
du manteau.
Dun point de vue historique, la mise en vidence du Moho
remonte au dbut du XX
e
sicle. Le choix a t fait de nvoquer
le Moho qu la toute fin de ce chapitre 1 afin de garder le fil his-
torique exig par le programme : la controverse sur la thorie de
Wegener tait centre sur la dualit ocan-continent.
Par ailleurs, la notion de lithosphre, bien quenvisage ds
le XIX
e
sicle, fut mise en vidence plus tardivement grce aux
travaux dOliver, Isacks et Sykes (1964), en particulier grce des
tudes sismiques qui permirent de la distinguer de lasthnosphre.
Ces travaux sont prsents, toujours dans le cadre dune approche
historique, dans le chapitre 2 (p. 104). Cependant, la notion de
lithosphre est connue des lves depuis la classe de quatrime.
Le calcul de la profondeur du Moho est assez simple si lon nglige
la distance picentre-foyer, sachant que, selon la loi de Descartes,
langle du rayon incident avec la normale est gal langle du rayon
rflchi avec la normale considrant que les vitesses de ces deux
rayons sont identiques : sin (i1) / sin (i2) = V1/V2
On peut alors appliquer le thorme de Pythagore
Si lon ne nglige pas la distance picentre-foyer, le calcul est plus com-
plexe. Il est prsent sur le site acadmique de SVT de Lyon ladresse
suivante : www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php ? article 176
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SVT1
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Limage satellitale de la pninsule arabique accompagnant le
titre du chapitre peut tre loccasion de montrer limportance des
apports technologiques pour la progression des ides et des tho-
ries scientifiques. Sur cette image, les rivages de la Mer Rouge et
du golfe dAden sembotent presque parfaitement, suggrant une
dchirure continentale au niveau de la pninsule arabique. De la
mme manire, cest pendant et aprs la seconde guerre mondiale,
grce au dveloppement de sonars quipant les navires militaires
et commerciaux, grce aux premiers programmes dexploration
ocanographique (M. Ewing et le Lamont Geological Observatory)
THME 2 CHAPITRE 2 25 THME 2 CHAPITRE 2 24
Le doc. 2 prsente la vitesse des ondes P sans aller au-del
de 50 km de profondeur car la distinction entre la lithosphre et
asthnosphre nest pas encore fate (voir chapitre 2, unit 5).
Dans cette unit, seul le Moho est positionn, ce qui permet de
distinguer la crote du manteau et de dlimiter en profondeur la
crote terrestre.
DOC. 1 (Adopter une dmarche explicative). Connaissant la
vitesse des ondes P dans la crote superficielle, connaissant le
temps darrive des ondes directes et des ondes indirectes, on
peut calculer la distance D ainsi que la distance parcourue par les
ondes rflchies (distance nomme R). On peut alors appliquer le
thorme de Pythagore : (R)
2
= (1/2 D)
2
+ H
2
. On accde ainsi H.
DOC. 2, 4 ET 5 (Recenser, extraire et organiser des informa-
tions). Le manteau dbute sous le Moho (sous la crote terrestre).
Que ce soit au niveau des continents ou des ocans, les ondes P
se propagent environ 8 km.s
-1
dans le manteau lithosphrique.
Or la vitesse de propagation des ondes P dans une pridotite, au
laboratoire, est de 8,1 km.s
-1
(doc. 5). Ceci suggre que le manteau
est compos de pridotite. Cette hypothse est confirme par des
observations en submersibles in situ sur la faille Vema (doc. 4).
DOC. 3 (Analyser des donnes cartographiques) La crote
ocanique a une paisseur infrieure 10 km alors que la crote
continentale a une paisseur comprise entre 30 km (plateau conti-
nental) et 70 km (chane de montagne).
DOC. 5 ET 6 (Saisir des informations). La pridotite est une
roche entirement cristallise, constitue de pyroxne et doli-
vine. Les lments chimiques qui la constituent sont loxygne, le
magnsium, le silicium et le fer. La richesse en fer et en magn-
sium en fait une roche plus dense que les roches de la crote
terrestre (d = 3,3).
DOC 6 (Manifester son sens critique). Le SIAL est plus dense
que le SIMA. Le SIAL correspondait lpoque de Wegener la
roche des continents (matriaux lgers constitus de silicium et
daluminium). Il repose sur un SIMA constitu de silicium et de
magnsium. Cela, quoiquincomplet, nest pas faux. En revanche, le
plancher ocanique est galement assimil au SIMA lpoque de
Wegener. Ceci savre faux. Les notions de SIAL et de SIMA avaient
le mrite de rendre compte de la dualit ocans-continents, dualit
qui sest confirme. Dans le dtail, ces notions sont maintenant
obsoltes.
Voir la synthse p. 89.
Au dbut des annes 1960, les dcouvertes de la topographie ocanique
et des variations du flux thermique permettent dimaginer une expan-
sion ocanique par accrtion de matriau remontant laxe des dorsales,
consquence dune convection profonde.
Comprendre comment la convergence des observations ocanogra-
phiques avec les mesures de flux thermique a permis davancer
lhypothse dune expansion ocanique ractualisant lide dune drive
des continents.
Utiliser un modle analogique.
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Lhypothse de lexpansion ocanique [pp. 96-97 du manuel de llve] 1

De la drive des continents
lexpansion ocanique
CHAPITRE 2
avec des navires quips dinstruments de mesure prcis que sont
proposes les premires cartes bathymtriques des fonds oca-
niques et les premires mesures du flux thermique (unit 1).
Les fonds ocaniques dvoils, une nouvelle vision du fonction-
nement de notre plante peut voir le jour, et la thorie mobiliste
tre relance. Cest ce que propose de montrer cette unit avec
lhypothse de lexpansion ocanique propose par H. Hess (p. 97).
Un modle analogique de convection est propos (doc. 3) ; les
deux milieux glycrins (couche 1 et 2) ne sont certes pas solides
mais le texte montre que la convection, cest--dire le transfert de
chaleur associ un dplacement de matire, est possible dans le
manteau. Des informations complmentaires sur la convection du
manteau sont disponibles sur le site Planet-Terre de lENS.
Deux ouvrages relatent cet aspect de lhistoire de la dcouverte
des ocans : Une rvolution dans les sciences de la Terre (Anthony
Hallam), Lcume de la Terre (Claude Allgre).
Sur le site de lIfremer, une documentation riche prsente les
mtiers de locanographie, les navires et engins dexploration
ocanographiques actuels et passs ; la visite de ce site peut tre
loccasion de susciter de lintrt chez les lves.
Les connaissances acquises dans cette unit peuvent tre en
partie rinvesties dans lexercice 9, p. 112.
DOC. 1 ET 2 (Recenser, extraire et organiser des informa-
tions). Si lexistence de reliefs sous marins est connue ds la fin
du XIX
e
sicle, la gomtrie des dorsales, leur omniprsence dans
les ocans, ne sont rvles que dans les annes cinquante. La
rpartition des fosses ocaniques, zones de forte profondeur, est
galement dvoile lors de ces campagnes ocanographiques.
Les annes 1950-60 apportent des connaissances totalement nou-
velles sur le flux gothermique au niveau des ocans. Ce flux est
globalement plus lev au niveau des ocans que des continents.
DOC. 2 ET 3 (mettre en relation des informations pour
argumenter un modle). On observe que le flux gothermique
est particulirement lev au niveau des dorsales, entre 250 et
400 mW.m
-2
; ce flux diminue lorsque lon sloigne des dorsales.
Ce flux lev pourrait sexpliquer par une remonte de matriaux
chauds du manteau grce au phnomne de convection.
DOC. 3 (utiliser et comprendre un modle analogique). Dans
le modle propos, on constate que la couche 2, plus chaude,
remonte la surface sans quil ny ait de mlange avec la couche 1 ;
on peut supposer que ce mouvement ascendant est d au chauf-
fage de la couche infrieure (couche 2) et, donc, la diminution
de sa densit.
DOC. 1 4 (saisir et mettre en relation des informations pour
argumenter une hypothse). Les dorsales sont des reliefs sous
marins au niveau desquels le flux gothermique est particulire-
ment lev (doc. 1 et 2). Ce flux peut sexpliquer par la remonte
de matriau chaud du manteau par convection (doc. 3). Larrive
de matriau chaud au niveau de la dorsale forme le plancher oca-
nique, qui stale latralement de part et dautre de la dorsale
(doc. 4).
DOC. 4 (Pratiquer une dmarche scientifique). De part et
dautre du plancher ocanique se trouvent des continents ; s'il
stend (expansion) comme le suggre H. Hess, on peut supposer
que les continents sont soumis sa pousse.
Lhypothse mobiliste est relance dans les annes 1950-60 grce
la dcouverte de nouvelles donnes sur les ocans et leur fonc-
tionnement ; lhypothse de lexpansion ocanique pourrait fournir la
force motrice qui manquait la thorie de la drive des continents
dA. Wegener : la convection du manteau pourrait tre le moteur
susceptible de produire le dplacement de continents dplacements.
Le magntisme des roches magmatiques [pp. 98-99 du manuel de llve] 2
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La mise en vidence de bandes danomalies magntiques symtriques
par rapport laxe des dorsales ocaniques, corrlables avec les phno-
mnes dinversion des ples magntiques (connus depuis le dbut du
sicle), permet dprouver cette hypothse et de calculer des vitesses
dexpansion.
Pratiquer une dmarche scientifique.
Comprendre la nature provisoire, en devenir, du savoir scientifique.
Manipuler et exprimenter.
Cette unit est motive par la dmarche historique recommande
par le programme : elle est destine montrer quoi correspondent
les anomalies magntiques tudies dans lunit suivante, dont la
rpartition est un argument dcisif en faveur de la thorie mobiliste.
Les inversions du champ magntiques terrestre nont, a priori,
jamais t vues. Il apparat donc important de les aborder avant
()
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La page de gauche prsente des enregistrements du magntisme
des fonds ocaniques. Ces enregistrements sont obtenus grce
des magntomtres tracts par des navires dexploration ocano-
graphique effectuant des allers-retours perpendiculairement laxe
de la dorsale. Les doc. 1 et 2 fournissent quelques rsultats de ces
mesures.
Lchelle des inversions du champ magntique terrestre depuis
4,5 Ma (doc. 3) est loccasion de prsenter le calendrier paloma-
gntique : on a pu reconstituer lhistoire des variations dintensit
et de direction du champ magntique terrestre par des mesures sur
les prlvements dans les planchers ocaniques. Ceci a permis de
remonter jusqu 160 Ma.
La page de droite se propose dinterprter la disposition des
anomalies magntiques et doit permettre de valider lhypothse
de lexpansion ocanique.
La confirmation de lexpansion ocanique [pp. 100-101 du manuel de llve] 3
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La mise en vidence de bandes danomalies magntiques symtriques
par rapport laxe des dorsales ocaniques, corrlables avec les phno-
mnes dinversion des ples magntiques (connus depuis le dbut
du sicle) permet dprouver lhypothse de lexpansion ocanique
et de calculer des vitesses dexpansion.
Comprendre comment la corrlation entre les anomalies magntiques
dcouvertes sur le plancher ocanique et la connaissance plus ancienne de
lexistence dinversion des ples magntiques confirma lhypothse
de lexpansion ocanique.
Calculer des taux dexpansion.
DOC. 1 ET 4 (Mettre en relation des informations pour inter-
prter un phnomne observ). Le champ magntique mesur
au-dessus des ocans correspond au champ magntique terrestre
actuel auquel il faut ajouter le champ magntique fossilis par
les basaltes lors de leur refroidissement. Ce champ magntique
fossilis peut sadditionner (polarit normale) ou au contraire se
soustraire (polarit inverse) au champ magntique actuel.
DOC. 2 ET 3 (Saisir des informations). On observe une symtrie
des anomalies de part et dautre de la dorsale (doc. 2). Chacune
de ces anomalies peut tre date (doc. 3). On en dduit que les
ges des basaltes sont symtriques de part et dautre de la dorsale.
DOC. 2 5 (Mettre en relation des informations pour interpr-
ter un phnomne observ). Grce la datation des anomalies,
on constate que les basaltes sont de plus en plus gs au fur et
toute chose. Les inversions du champ magntique taient connues
ds le dbut du sicle ; les anomalies magntiques des roches du
plancher ocanique ne peuvent sexpliquer que si lon connat le
phnomne dinversion des ples magntiques.
Cette unit explique donc que laimantation (direction et sens du
champ magntique) de certains minraux contemporains du refroi-
dissement de la roche restent fossiliss . Contrairement une
ide rpandue, ce ne sont pas les minraux qui sorientent comme
des aiguilles dune boussole mais leur propre champ magntique
ou moment magntique , indpendamment de lorientation go-
mtrique des cristaux (doc. 3).
DOC. 1 3 (Mettre en relation des informations pour inter-
prter un phnomne observ) Le champ magntique terrestre
est bipolaire et sa direction est identifiable laide dune boussole
(doc. 1). Certains minraux des basaltes fossilisent la direction du
champ magntique lors de leur formation : ils saimantent (doc. 3).
Laiguille de la boussole nest pas oriente dans la mme direction
avec ou sans basalte, on peut faire lhypothse que cest laimanta-
tion propre du basalte qui dvie laiguille de la boussole (doc. 2).
DOC. 3 ET 4 (Mettre en relation des informations). Le champ
magntique fossilis par les basaltes (mmoire magntique) est
orient dans le mme sens que le champ magntique terrestre
contemporain de leur formation par refroidissement. Ainsi, dans
des coules de laves basaltiques dont on peut dater la mise en
place, si la direction du champ fossile des basaltes est inverse de
la direction actuelle, alors cela signifie que le champ magntique
terrestre tait linverse de celui observ aujourdhui.
DOC. 4 (Saisir des informations)
Il y a 4,1 Ma : polarit normale.
Il y a 3 Ma : polarit inverse.
Il y a 1,7 Ma : polarit normale.
DOC. 5 (Saisir des informations) En 1000 ans le champ magn-
tique sest globalement invers. Cest un phnomne rapide
lchelle des temps gologiques.
Les roches magmatiques peuvent, par les minraux quelles
contiennent, fossiliser le sens et la direction du champ magntique
contemporain de leur formation. Pour certaines priodes golo-
giques, le champ magntique est invers par rapport au champ
actuel. Ltude du magntisme des roches magmatiques montre
donc que la polarit de ce champ magntique sinverse au cours
des temps gologiques.
mesure que lon sloigne de la dorsale. Cette observation est coh-
rente avec le modle de Vine, Matthews et Morley qui proposent
que les basaltes acquirent leur aimantation (fossilisent le champ
magntique) au niveau de la dorsale lors de leur mise en place.
DOC. 2 (Saisir des informations et effectuer un calcul). En
ngligeant les anomalies de courte dure, qui ne sont pas rper-
tories sur le profil, on trouve une vitesse de lordre de 9 cm.an
-1
(2 220 / 4,5.10
6
= 8,8 cm.an
-1
).
Les inversions du champ magntique rvles dans lunit pr-
cdente permettent dinterprter les enregistrements des profils
magntiques obtenus de part et dautre de la dorsale. Les anoma-
lies positives correspondent des priodes normales et les ano-
malies ngatives des priodes inverses. Ces diffrentes priodes
ont pu tre dates et un calendrier magntique prcis tabli. Les
profils montrent une symtrie des anomalies de part et dautre de
la dorsale et lge de ces anomalies augmente au fur et mesure
que lon sloigne de la dorsale : la dorsale est donc le sige de la
production de crote ocanique. Lhypothse de lexpansion oca-
nique partir des dorsales est confirme.
Lunit prcdente a montr comment les donnes magntiques
permirent, au milieu des annes soixante, de valider lhypothse
de lexpansion ocanique. Ceci tant, le modle de la tectonique
des plaques nest pas encore tabli.
Cette unit sintresse une autre caractristique des fonds
marins : les fosses ocaniques. Dans le modle de lexpansion
ocanique propose par Hess en 1963, la crote ocanique est en
effet suppose retourner dans le manteau au niveau des fosses,
ce retour permettant dexpliquer pourquoi la Terre nest pas en
expansion.
Lessentiel de lunit est ax sur lutilisation du logiciel Sismolog
qui permet de localiser sur le planisphre les fosses et de carac-
triser lactivit sismique dont elles sont le sige, en prsentant
notamment les profondeurs des foyers sismiques.
Un encart historique (doc. 3) rappelle que deux gologues,
Wadati (1935) et Bnioff (1949) ont montr que les foyers des
sismes se distribuent au niveau des fosses suivant des plans incli-
Ltude des sismes au niveau des fosses ocaniques [pp. 102-103 du manuel de llve] 4
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Au voisinage des fosses ocaniques, la distribution spatiale des foyers
des sismes en fonction de leur profondeur stablit selon un plan inclin.
Saisir et exploiter des donnes sur des logiciels pour mettre en vidence
la rpartition des foyers des sismes au niveau des fosses ocaniques.
Comprendre comment linterprtation de la distribution particulire des
sismes permet de confirmer, dans le cadre du modle en construction,
que la lithosphre ocanique retourne dans le manteau.
ns qui plongent sous la crote. Il convient toutefois de signaler
que, leur poque, la notion de subduction nest pas connue et
que, si le constat de la gomtrie de ces plans est fait, il nest pas
encore expliqu.
Les donnes sismiques obtenues sont cohrentes avec lhypo-
thse dun retour de la crote ocanique dans le manteau, cest ce
que propose de montrer lactivit de tche complexe ; il convient
cependant de ne pas encore dvoiler la notion de subduction ce
stade de la dmarche.
On constate que la profondeur des foyers des sismes augmente
lorsque lon sloigne de la fosse et que ces foyers sont distribus
dans un mme plan inclin.
Le schma attendu reprend le doc. 5, sur lequel on repre le Japon,
la fosse du Japon et le plan de Wadati-Bnioff.
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Toujours dans la perspective historique recommande par le pro-
gramme, le doc. 1 de cette unit relate les donnes sismiques
partir desquelles les notions de lithosphre et dasthnosphre ont
pu tre distingues.
Lutilisation des outils logiciels (Sismolog et Audacity) aide les
lves ltude et linterprtation des observations faites par les
gologues.
La page de gauche fournit des documents qui, une fois mis en
relation, permettent la caractrisation de la lithosphre et de
lasthnosphre et font merger, pour la premire fois dans le pro-
gramme, la notion de subduction.
La distinction entre la lithosphre (enveloppe rigide visqueuse)
et lasthnosphre (enveloppe ductile donc moins visqueuse) doit
tre claire ce stade.
la fin de cette unit, et donc la fin du chapitre 2, les grandes
notions ncessaires ltablissement du modle sont tablies :
expansion ocanique et mobilit lithosphrique, fosses de subduc-
tion (lieux de disparition de la lithosphre ocanique) et dorsales
(lieux de cration de lithosphre ocanique). Le chapitre 3 aura
pour objectif dintgrer lensemble de ces donnes dans un modle
global : la tectonique des plaques.
DOC. 1 ET 2 (Pratiquer une dmarche scientifique, manipuler
et exprimenter). Le dcalage temporel observ sexplique par une
diffrence de vitesse de propagation des ondes sismiques puisque
les deux stations sont gale distance du foyer (doc. 1). Le doc. 2
montre que la temprature dun matriau conditionne la vitesse de
propagation dune onde : aux basses tempratures correspond une
vitesse de propagation leve. Les ondes P parvenant la station
Tonga ont donc travers un matriau plus froid que celui travers
par les ondes P parvenant la station Fidji.
DOC. 3 (Recenser, extraire et mettre en relation des infor-
mations). La mise en vidence du phnomne de subduction est
Lithosphre et asthnosphre [pp. 104-105 du manuel de llve] 5
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Les diffrences de vitesse des ondes sismiques qui se propagent le long
de ce plan, par rapport celles qui sen cartent, permettent de distinguer
la lithosphre de lasthnosphre.
Linterprtation de ces donnes sismiques permet ainsi de montrer que
la lithosphre senfonce dans le manteau au niveau des fosses dites de
subduction.
La limite infrieure de la lithosphre correspond gnralement liso-
therme 1 300 C.
Comprendre comment linterprtation de la distribution particulire des
sismes permet de dfinir la lithosphre par rapport lasthnosphre.
Concevoir une modlisation analogique et raliser des mesures laide
de dispositifs dexprimentation assiste par ordinateur de propagation
dondes travers un mme matriau mais des tempratures diffrentes
pour comprendre la diffrence entre lithosphre et asthnosphre.
tablie sur deux arguments : la rpartition des sismes selon le plan
de Wadati-Bnioff et la dcouverte par les tudes sismiques que
ce plan correspond une large bande de matriau froid plongeant
dans un matriau plus chaud.
DOC. 3 A 5 (Recenser extraire et mettre en relation des infor-
mations). La mise en relation des doc. 3 et 4 permet destimer la
temprature 100 km de profondeur prs de 1 300 C. cette
temprature, les pridotites du manteau ont un comportement
plus ductile, dans lequel les ondes sismiques sont ralenties. Ceci
explique les observations du doc. 5.
DOC. 6 (Communiquer par un schma). Sur le schma attendu :
la position de lisotherme 1 300 C est la limite lithosphre/asth-
nosphre ; la crote ocanique est la partie suprieure de la lithos-
phre ocanique plongeante (elle a une paisseur de 6-8 km) ;
le manteau est situ en dessous de la crote, pour partie dans la
lithosphre (manteau lithosphrique), pour une autre dans lasth-
nosphre (manteau asthnosphrique) ; le plan de Wadati Bnioff
correspond au plan de plongement de la lithosphre.
La lithosphre ocanique est une enveloppe solide constitue dans
sa partie suprieure de la crote ocanique (basaltes et gabbros)
et dans sa partie infrieure du manteau lithosphrique (prido-
tites). Sous la lithosphre se trouve lasthnosphre constitue de
pridotites, lisotherme 1 300 C constituant la limite entre ces
deux enveloppes. Vers 1 300 C, le comportement de la pridotite
change : elle devient plus ductile et se dforme sans casser. Ainsi
la lithosphre est une enveloppe plus rigide que lasthnosphre.
[NB. : la lithosphre peut aussi tre prsente comme une enve-
loppe dont la viscosit est forte par rapport lasthnosphre. La
viscosit peut tre dfinie comme la rsistance lcoulement ;
elle se mesure en Pa.s ou Poises. Viscosit de la lithosphre :
entre 1021 et 10
22
Pa.s ; viscosit de lasthnosphre : entre 1018
et 10
19
Pa.s].
Le premier modle dun globe dcoup en plaques rigides repose
sur la dcouverte des failles transformantes et de leur gomtrie
particulire. Dans cette unit et toujours selon lapproche historique
voulue, les failles transformantes sont donc abordes pour montrer
comment leur tude a permis dlaborer le modle.
Cest Tuzo Wilson qui invente en 1965 la notion de faille trans-
formante en soulevant le problme de la gomtrie de ces failles.
Larticle ladresse suivante fournit plus dinformations :
www.insu.cnrs.fr/a2418,owen-frontiere-plaque-livre-ses-secrets.html.
En 1967, lors de la runion annuelle de lUnion Gophysique
Amricaine (AGU), Jason Morgan propose une interprtation de
lexistence de ces failles en exploitant la gomtrie eulrienne : le
dplacement de points sur une sphre (doc. 4). Il est le premier
affirmer que la Terre est divise en plaques rigides et que les
mouvements de ces plaques peuvent tre dcrits laide des rgles
mathmatiques de la cinmatique eulrienne. partir de ces don-
nes, Xavier Le Pichon propose le premier modle de la tectonique
des plaques avec un globe divis en sept plaques rigides (doc. 5).
Le programme propose de raliser une manipulation analogique
pour comprendre que les mouvements des plaques sont des rota-
tions de pices rigides se dplaant sur une sphre. On pourra se
rfrer lillustration prsente dans Lcume de la Terre de Claude
Allgre pour cette manipulation, qui utilise une orange sur laquelle
on dcoupe des calottes de peau (modlisant les plaques) que lon
peut dplacer relativement les unes aux autres.
DOC. 1 ET 2 (Saisir des informations) Les failles transformantes
sont perpendiculaires laxe de la dorsale. La dorsale est donc
segmente en tronons (doc. 1). On observe que la sismicit est
localise entre les deux tronons de dorsale au niveau de la faille
transformante. On nobserve pas de sismicit au niveau des prolon-
gements de la faille transformante au-del des tronons de dorsale.
DOC. 2 (Sinformer pour tablir une relation entre diffrents
documents). Cette question doit amener llve expliquer lori-
gine de la sismicit au niveau de la faille transformante et en
dduire un mouvement de coulissage le long de la faille.
DOC 1, 3 ET 4 (Apprhender le dplacement de points sur une
sphre). Les failles transformantes sont parallles aux parallles
eulriens. Ce sont donc des portions de cercle centrs sur laxe
eulrien qui passe par le centre de la Terre. Chaque point dune
plaque (par exemple de la plaque africaine) se dplace sur le globe
en suivant un parallle eulrien : ce dplacement est une rotation
autour de laxe eulrien. Plus le point est distant dun des deux
ples de rotation et plus sa vitesse linaire sera grande (la vitesse
angulaire tant constante). Les diffrences de vitesse linaire des
diffrents points dune plaque selon leur distance aux ples eul-
riens gnrent des tensions lorigine des failles transformantes.
DOC 5 (Saisir des informations sur une carte). On observe trois
types de frontires caractriss par :
des mouvements de divergence au niveau des dorsales ;
des mouvements de convergence au niveau des fosses ocaniques ;
des mouvements de coulissage au niveau des failles transfor-
mantes.
Le modle de la tectonique des plaques a t construit partir de
ltude des failles transformantes. Leur analyse a abouti au modle
selon lequel la surface de la Terre est divise en plaques rigides
qui se dplacent selon un mouvement de rotation autour dun axe
(axe eulrien). Les failles transformantes parallles aux parallles
eulriens impriment leurs directions aux mouvements des plaques.
Connaissances du programme Capacits et attitudes de mises en uvre dans lunit
la fin des annes soixante, la gomtrie des failles transformante
ocaniques permet de proposer un modle en plaques rigides.
Raliser une manipulation analogique simple ou utiliser un logiciel
de simulation, pour comprendre que les mouvements des plaques sont
des rotations de pices rigides se dplaant sur une sphre.
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Le modle de la tectonique des plaques [pp. 114-115 du manuel de llve] 1

Le modle actuel
de la tectonique des plaques
CHAPITRE 3
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Cette unit fait suite ltablissement du modle de la tectonique
des plaques (unit 1) et confirme par des donnes de terrain et de
laboratoire les mouvements envisags aux frontires de plaques.
Le doc. 1 prsente une faille normale observe au niveau du rift
de Thingvellir en Islande. Elle illustre les contraintes de divergence
prvues au niveau des dorsales.
Le doc. 2 est un profil de sismique rflexion de la fosse de Nanka
au Japon. Le profil ralis dans le prisme daccrtion montre la
prsence de rflecteurs dont la disposition tmoigne de chevauche-
ments. Ces chevauchements sont produits par des mouvements de
convergence. Dans le chapitre 1, la technique de sismique rfrac-
tion a t prsente. La sismique rflexion permet, ici, dtudier
des structures plus superficielles.
La modlisation prsente par le doc. 3 a t ralise avec des
couches de pltre color et lgrement tasses. Elle peut tre ga-
lement ralise avec du sable fin color avec des colorants solubles
dans leau. Le sable peut ainsi tre lav aprs la manipulation et
tre rutilis.
DOC. 1 ET 2 (Adopter une dmarche explicative). Le rift de
Thingvellir se situe au niveau de la dorsale de lAtlantique Nord qui
merge ce niveau. Le profil de sismique rflexion a t ralis au
niveau de la fosse ocanique de Nanka. Dorsales et fosses oca-
niques constituent des frontires de plaques.
Les plaques et leurs frontires [pp. 116-117 du manuel de llve] 2
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Des travaux complmentaires parachvent ltablissement de la thorie
de la tectonique des plaques en montrant que les mouvements divergents
(dorsales), dcrochants (failles transformantes) et convergents (zones de
subduction) sont cohrents avec ce modle gomtrique.
Raliser un modle analogique de mouvements tectoniques divergents
ou convergents.
DOC. 3 (Manipuler et exploiter des mesures). Le mouvement
de divergence provoque un tirement et un amincissement de
la couche de pltre. Le mouvement de convergence entrane un
raccourcissement et un paississement de la couche de pltre. Les
mesures de dplacement fournies quantifient ces observations.
DOC. 3 (Utiliser un mode de reprsentation des sciences
exprimentales). On peut demander aux lves de reprsenter
lchelle la situation initiale et les deux situations finales. Il serait
galement pertinent de faire reprsenter les contraintes exerces
sur le modle lorigine des failles ainsi que les dplacements
relatifs des blocs spars par chacune des failles. Il sagit, ici de
produire un schma classique de faille inverse (produite par les
mouvements de convergence) et de faille normale (produite par
les mouvements de divergence).
DOC. 1 3 (Mettre en relation des informations). Une faille
normale est une structure gologique associe un contexte
de divergence. Elle sobserve au niveau dune dorsale. Une faille
inverse est une structure de convergence associe au contexte de
subduction [NB. : le programme de Terminale S permettra dobser-
ver des failles inverses au niveau des chanes de montagne].
Le modle de la tectonique des plaques prvoit des mouvements
de divergence au niveau des dorsales ocaniques et des mou-
vements de convergence au niveau des fosses ocaniques. Les
structures observes dans ces deux contextes (failles normales et
inverses) sont cohrentes avec ces prvisions tectoniques.
Le renforcement du modle de la tectonique des plaques [pp. 118-119 du manuel de llve] 3
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Des alignements volcaniques, situs en domaine ocanique ou continen-
tal, dont la position ne correspond pas des frontires de plaques, sont
la trace du dplacement de plaques lithosphriques au-dessus dun point
chaud fixe, en premire approximation, dans le manteau.
Le modle prvoit que la crote ocanique est dautant plus vieille quon
sloigne de la dorsale. Les ges des sdiments en contact avec le plancher
ocanique (programme de forages sous-marins J.O.I.D.E.S.) confirment cette
prdiction et les vitesses prvues par le modle de la tectonique des plaques.
Comprendre comment dsormais des faits ne sintgrant pas a priori
avec le modle initial (volcanisme intraplaque) permettent un enrichisse-
ment du modle (thorie des points chauds) et non son rejet.
Corrler les directions et les vitesses de dplacements des plaques tires
des donnes palomagntiques avec celles dduites de lorientation et des
ges des alignements volcaniques intraplaques.
Saisir et exploiter des informations sur cartes.
Lorsque le sea floor spreading fut propos par Harry Hess, les
alignements volcaniques des les de lAtlantique furent prsents
comme une consquence logique du fonctionnement de la dorsale
Atlantique : les difices les plus loigns sont les plus gs et les
plus proches de la dorsale sont les plus rcents. La datation par la
mthode
40
K /
K0
Ar des laves de larchipel dHawa mt un terme
cette interprtation. Lge des fonds ocaniques ne correspond
pas en effet lge des volcans aligns en milieu ocanique ou
continental. Ces alignements ne sintgrent donc pas, a priori, au
modle de la tectonique des plaques.
Tuzo Wilson propose lhypothse des points chauds fixes situs
sous la plaque Pacifique en dplacement. Jason Morgan propose
en mme temps que ces panaches magmatiques ont pour origine
la limite noyau/manteau. Cette interprtation vient finalement
renforcer et enrichir le modle : il permet de dcrire les mouve-
ments absolus des plaques par rapport un repre fixe et non plus
seulement leurs mouvements relatifs.
Des donnes rcentes remettent en cause la fixit des points
chauds. Il peut tre intressant, en complment, dvoquer ces
ides nouvelles afin de sensibiliser les lves lvolution du
modle. Pour plus de prcisions, se reporter au Dossier Pour la
Science n 67 (avril-juin 2010).
Le programme de forages profonds J.O.I.D.E.S. (Joint Oceanographic
Institutions Deep Earth Samiling) dbuta en aot 1968 avec un
carottage de 150 m sous le fond du golfe du Mexique sous 3 500 m
deau par le Glomar Challenger, premier navire de forage.
Les cartes des ges des fonds ocaniques peuvent tre achetes
(carte CCGM ou carte UNESCO) et servir faire travailler les lves
sur diffrents ocans et calculer des vitesses dexpansion diff-
rentes latitudes ou pour diffrentes priodes dexpansion. Le calcul
de vitesse diffrentes latitudes pour une mme priode permet
de retrouver les variations de vitesse des points en fonction de leur
loignement aux ples eulriens (voir unit 1).
DOC. 1 ET 2 (Saisir des informations et les intgrer un
modle). La plaque Pacifique sest dplace vers le nord entre
70 Ma et 45 Ma puis vers le nord-ouest depuis 45 Ma.
DOC. 1 (Calculer une vitesse et mettre en relation des donnes
chiffres). Le calcul de la vitesse dexpansion aboutit V = 8,6 cm.
an
-1
. La valeur trouve avec les donnes palomagntiques est
de 8,8 cm.an
-1
sur les 4,5 derniers Ma. On notera cette trs bonne
corrlation des deux mthodes de calcul de la vitesse dexpansion.
DOC 3 ET 4 (Mettre en relation des informations). Lexpansion
est confirme par la rpartition des sdiments au contact avec la
crote ocanique. La rpartition des bandes danomalie magn-
tiques avait permis de prdire que lge de la crote de part et
dautre de la dorsale augmente avec la distance celle-ci, de faon
symtrique par rapport son axe. Cest bien ce qui est observ sur
cette carte. Pour permettre aux lves de bien comprendre cette
rpartition, on peut prsenter une coupe de locan avec les sdi-
ments.
DOC. 4 (Calculer une vitesse).
Le calcul aboutit V = 2.2000.10
5
/ 96.10
6
= 4,2 cm.an
-1
.
Lanalyse des alignements volcaniques renforce le modle car les
phnomnes observs, non pris en compte initialement, sexpli-
quent par le modle de la tectonique des plaques. Ltude de ce
volcanisme a galement enrichi ce modle en permettant den-
visager les mouvements absolus des plaques lithosphriques. La
rpartition et la datation des sdiments au contact avec le basalte
ocanique sont compatibles avec le modle de lexpansion oca-
nique : cest un argument supplmentaire en faveur du modle de
la tectonique des plaques.
Lutilisation des donnes GPS est dsormais classique dans len-
seignement des SVT. De nombreux sites acadmiques dveloppent
des propositions dactivits utilisant des donnes GPS. Ces donnes
La confirmation du modle par les donnes GPS [pp. 120-121 du manuel de llve] 4
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Le modle prvoit des vitesses de dplacements des plaques (daprs
le palomagntisme et les alignements de volcans intraplaques). Avec
lutilisation des techniques de positionnement par satellites (GPS), la fin
du XX
e
sicle, les mouvements des plaques deviennent directement obser-
vables et leurs vitesses sont confirmes.
Raliser des mesures sur le terrain pour comprendre le principe du GPS.
Saisir et exploiter des donnes sur des logiciels.
peuvent faire lobjet de traitements en classe avec un tableur, avec
Google Earth, avec Tectoglob, ou avec le logiciel Tri_GPS.
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Comme indiqu par le programme, il est galement possible
dutiliser un GPS lors dune sortie sur le terrain pour permettre aux
lves de comprendre son principe. Les systmes GPS enregistrent
les coordonnes des diffrents arrts lors dune sortie gologique et
reconstituent cette sortie sous la forme dun fichier .kmz agrment
de photos daffleurements et de paysages gologiques.
Les donnes GPS prsents (doc. 3 et 4) proviennent du site de la
NASA. Elles sont disponibles ladresse suivante :
http://sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/series.html. Ce site rcemment
actualis offre un accs facilit aux diffrentes stations et une inte-
ractivit avec la carte Google Earth.
On peut accder aux donnes brutes par le lien suivant :
ftp://sideshow.jpl.nasa.gov/pub/usrs/mbh/point. Ces donnes
peuvent tre traites avec un tableur selon un protocole prsent
sur le site acadmique de SVT de LYON :
www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php ? article179
Lors dune sance de travaux pratiques, il peut tre pertinent de
faire travailler les lves sur des stations diffrentes, judicieuse-
ment choisies par le professeur ou mieux encore par les lves,
et de confronter ensuite lensemble des donnes saisies (vecteurs
tracs) pour confirmer les diffrents dplacements lithosphriques
mis en vidence dans les units prcdentes.
DOC. 1 2 (Mettre en relation des informations). La position
dun satellite tant connue avec prcision, la distance entre ce
satellite et la station godsique est mesure partir du temps
de parcours des ondes mises par le satellite. Cette distance repr-
sente le rayon de la sphre centre sur le satellite. Trois sphres ont
deux points dintersection en commun et un seul avec la Terre : ce
dernier point correspond la station godsique.
DOC. 3 (Tracer des vecteurs). La station PAMA se dplace de
3 cm.an
-1
vers le nord et de 6,2 cm.an
-1
vers louest. Il faut donc
tracer dans un repre orthonorm deux vecteurs de longueurs
correspondantes et utiliser la relation de Chasles pour tracer le
vecteur dplacement. On obtient un dplacement de 6,9 cm.an
-1

vers le nord-ouest.
Pour la station EISL, le dplacement en latitudes est de 0,7 cm.an
-1

vers le sud et 6,6 cm.an
-1
vers lest. Le dplacement global est donc
valu 6,6 cm.an
-1
vers le sud-est.
DOC 3 ET 4 (Reprsenter des donnes par des vecteurs dpla-
cements). Il sagit de reprsenter lchelle les dplacements
dtermins prcdemment par des vecteurs. Lchelle de la carte
indique que 8 mm reprsentent 5 cm.an
-1
.
4. DOC. 4 (Reprsenter graphiquement) Les mouvements de diver-
gence sont indiqus par :
deux vecteurs de sens opposs spars par une dorsale (EISL et
PAMA) ;
deux vecteurs de mme sens lorsquils sont spars par une dor-
sale. Cest le cas sur la carte des stations SEY1 et DGAR dans locan
indien. La station SEY1 se dplace vers le nord-est mais moins
rapidement que la station DGAR. Ceci tmoigne du dplacement
des deux stations mais galement de la dorsale.
Les mouvements de convergence sont indiqus par :
deux vecteurs de sens opposs spars par une fosse (voir la
fosse des Mariannes) ;
deux vecteurs de mme sens spars par une fosse (voir la fosse
Chili-Prou).
Les donnes GPS permettent dobserver directement les mouve-
ments des plaques lithosphriques, den mesurer les dplacements
instantans et dapprhender les mouvements globaux lchelle
du globe. Ces observations et ces mesures confirment celles
ralises avec dautres donnes. Le modle de la tectonique des
plaques est renforc par les donnes GPS.
Le fonctionnement des dorsales [pp. 122-123 du manuel de llve] 5
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En permanence, de la lithosphre ocanique est dtruite dans les zones
de subduction et produite dans les dorsales.
La divergence des plaques de part et dautre de la dorsale permet la
mise en place dune lithosphre nouvelle partir de matriaux dorigine
mantellique.
Recenser, extraire et organiser des informations pour tablir les liens
entre amincissement de la lithosphre, remonte, dpressurisation et
fusion partielle de lasthnosphre sous jacente et formation dune nou-
velle lithosphre.
Les units 5 et 6 mettent en valeur la place centrale de la lithos-
phre ocanique dans le cadre du modle de la tectonique des
plaques.
Le modle est maintenant construit et accept, sa valeur prdic-
tive le renforce. Il sagit dans cette unit de montrer les processus
thermiques et ptrogntiques qui aboutissent la cration de
lithosphre ocanique au niveau des dorsales.
La double page est conue selon un principe dj utilis dans des
units prcdentes : la page de gauche prsente des faits ou des
donnes, la page de droite les interprte et les intgre dans lla-
boration dun modle de fonctionnement dune dorsale.
Le modle de fonctionnement de dorsale propos (doc. 6)
est celui dune dorsale rapide pour laquelle la prsence dune
chambre magmatique est atteste ; pour les dorsales lentes (type
Atlantique), la chambre magmatique, si elle existe, nest pas conti-
nue le long de la dorsale. Les diffrents types de dorsale ne sont
pas au programme.
Dans ce modle, il est possible de faire remarquer aux lves que
la chambre magmatique est situe dans la crote ocanique et que
la lithosphre est quasi absente laplomb de la dorsale.
La coule sous marine de basaltes (doc. 2) est rcente (5 ans
avant la prise du clich). On peut cependant rappeler quaucun
panchement de basaltes na pu tre directement observ au
niveau des dorsales jusqu ce jour.
Les notions disotherme et de gotherme utilises dans les doc. 4
et 5 et souvent confondues par les lves sont dfinies dans le dico
des SVT p. 333.
DOC. 1 A 3 (Saisir et mettre en relation des informations).
La fissure observe grce au submersible pourrait tre considre
comme une faille normale puisquelle est la consquence dune
expansion (doc. 1). Le doc. 2 montre un panchement rcent de
basalte, roche magmatique constitutive de la crote ocanique, au
niveau dune dorsale. Il rvle en outre que les dorsales produisent
une trs grande quantit de roches magmatiques chaque anne.
Le doc. 3, enfin, atteste de zones situes laplomb dune dorsale
o des roches partiellement fondues semblent remonter vers la
surface. Toutes ces donnes conduisent penser que la lithosphre
ocanique est produite au niveau des dorsales.
DOC. 4 (Argumenter la remonte de lasthnosphre). On
retrouve lisotherme 1 300 C quasiment la surface au niveau
des dorsales. Cette isotherme caractrise la limite lithosphre/
asthnosphre. Lasthnosphre est donc quasi laffleurement au
niveau des dorsales.
DOC. 5 ET 6 (Saisir et mettre en relation des informations).
On constate que le gotherme de dorsale est plus lev que le
gotherme ocanique. Ceci sexplique par la remonte de matriel
chaud constituant le manteau asthnosphrique. Or, entre 25 km et
5 km de profondeur, le gotherme franchit le solidus, signe dune
fusion partielle cette profondeur qui conduit la production de
magma. Ce dernier formera la lithosphre ocanique.
EN CONCLUSION (Rdiger une synthse). Au niveau des dor-
sales, la lithosphre est amincie et lasthnosphre remonte qua-
siment laffleurement. Lors de sa remonte, sa dpressurisation
lamne franchir le solidus : elle subit alors une fusion partielle
qui conduit la formation de magmas. Ceux-ci, stocks dans une
chambre magmatique, contribueront produire les roches de la
crote ocanique, partie superficielle de la lithosphre ocanique.
Dans cette unit et conformment ce qui a t vu dans lunit
prcdente, la lithosphre ocanique est place au centre de la
thorie de la tectonique des plaques. On sintresse ici sa dispari-
tion par le mcanisme de subduction. Le rle moteur de la subduc-
tion dans le cadre de la dynamique lithosphrique sera prsent en
classe de Terminale S.
Le choix a t fait de montrer des images de tomographie sis-
mique ce dernier stade de la construction du modle, toujours
dans le souci dviter tout anachronisme. En effet, les images
telles que celle prsente par le doc. 4 nexistaient pas lors de
Le fonctionnement des zones de subduction [pp. 124-125 du manuel de llve] 6
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En permanence, de la lithosphre ocanique est dtruite dans les zones
de subduction et produite dans les dorsales.
Dans les zones de subduction, les matriaux de la vieille lithosphre
ocanique sincorporent au manteau.
Recenser, extraire et organiser des informations sur des images satelli-
tales et de tomographie sismique.
lavnement de la tectonique des plaques la fin des annes
1960. Pourtant, ce type de donnes est assez convaincant pour
argumenter lenfoncement dune lithosphre froide dans le man-
teau. Larrive de ces donnes nouvelles a confort la thorie de la
tectonique des plaques.
On retrouve la fin de ces deux units le rle cl du manteau ; la
lithosphre ocanique en est extraite au niveau des dorsales et y
est rincorpore au niveau des fosses de subduction.
()
SVT1
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re
la fin de ce chapitre 3, les lves doivent avoir conscience de
la faon dont sest construite la thorie, connatre lhistoire de la
lithosphre ocanique et comment cette histoire sinscrit dans le
cadre unificateur du modle. La lithosphre continentale sera quant
elle tudie en classe de Terminale S.
DOC. 1 (saisir des informations). La lithosphre ocanique
la plus ge est observe lorsque lon sloigne de la dorsale
Pacifique ou Atlantique ; son ge nexcde jamais 180 Ma.
[NB. : en mer ge, les fonds marins, dats de 280 Ma, sont consti-
tus de lithosphre continentale].
DOC. 2 (Saisir et mettre en relation des informations). La
profondeur des fonds ocaniques augmente de lEst (dorsale
Pacifique) vers lOuest (fosse des Tonga) ; lge de ces fonds
augmente galement dEst en Ouest puisque lon sloigne de la
dorsale. On peut donc conclure que plus une lithosphre ocanique
vieillit, plus la profondeur de ces fonds ocaniques est importante.
DOC. 3. (mobiliser des connaissances). Pour un matriau
donn, les ondes sismiques sont ralenties lorsque la temprature
est importante et acclres lorsque la temprature est plus faible.
Le secteur 1 est donc constitu dun matriau froid et le secteur 2
dun matriau chaud.
DOC. 4. (saisir des informations). Les donnes tomographiques
montrent une zone froide denviron 100 km dpaisseur qui
pntre lintrieur du manteau et ceci jusque vers 600 km envi-
ron. Lorientation de la coupe tomographique permet de proposer
quil sagt de la lithosphre ge constituant la plaque Pacifique.
Le phnomne de subduction est confirm par les donnes sur les
ges des fonds ocaniques qui montrent que lge de la lithosphre
ocanique nexcde pas 180 Ma ; on peut donc supposer un recy-
clage rgulier de cette lithosphre. De plus, les fonds ocaniques
les plus gs sont situs au niveau des fosses o le modle prvoit
la disparition de lithosphre. Enfin, les donnes tomographiques
rcentes montrent le plongement dun matriel froid et sa dispari-
tion dans le manteau. Ces observations concordent avec la dispari-
tion de lithosphre ocanique au niveau des zones de subduction.
Chapitre 1 [pp. 93-94 du manuel]
LA VITESSE DE PROPAGATION DES ONDES
SISMIQUES
Effectuer un calcul
Rponses attendues :
1. Les ondes P (primaires) sont les ondes sismiques les plus rapides.
Elles se propagent dans les milieux solides et liquides. Les ondes S
(secondaires) ne se propagent que dans les milieux solides.
2. Vp = 7 km.s
-1
; Vs = 3,88 km.s
-1
.
3. Lenregistrement dondes sismiques S de grandes distances de
lpicentre ondes qui traversent donc le manteau tmoigne de
ltat solide du manteau. Cet tat physique du globe va lencontre
de la mobilit des continents : selon les dtracteurs de Wegener, le
SIAL ne peut pas se dplacer sur un substrat rigide.
LA CARTOGRAPHIE DES CHANES DE MONTAGNE
Extraire des informations et les mettre en relation
Rponses attendues :
1. et 2. On pourra se reporter au doc. 5 page 77.
3. Les partisans de la thse mobiliste (Wegener en particulier) sug-
grent que des dplacements horizontaux partir de ce continent
unique ont spar les continents jusqu leur position actuelle.
Cest la thorie de la drive des continents. Selon les tenants de
la thse fixiste, les traces de ces anciennes chanes de montagne
sont les vestiges de chanes de montagne qui traversaient locan
Atlantique et qui se sont effondres au cours du temps au fond des
ocans. Cest la thorie des ponts continentaux.
LA CROTE OCANIQUE
Rdiger une synthse organise de connaissances
Rponse attendue :
Le plan est fourni par lnonc. Se reporter aux units 3 et 4 pour
la mise en vidence de la structure et de la nature de la crote
ocanique. Les caractristiques des deux crotes terrestres peuvent
tre compares partir de ltude des units 4 et 5 ainsi que 6
pour lpaisseur de chacune delles.
LE PLATEAU CONTINENTAL
Saisir des informations et les reprsenter schmatiquement
Rponses attendues :
1. Le Moho est la limite infrieure de la crote terrestre qui spare
celle-ci du manteau. Cest une discontinuit au-del de laquelle les
ondes sismiques acclrent. Le Moho a ainsi t mis en vidence
par un gophysicien, A. Mohorovicic (voir doc. 1, p. 86).
1
EXERCICES DU THME 2
Les corrigs des exercices des rubriques valuer ses
connaissances et S'entraner avec un exercice
guid se trouvent la fin du manuel (p. 328).
2. Sous les ocans, le Moho est situ 6 km de profondeur, ce qui
permet de tracer la limite entre la crote ocanique et la crote
continentale.
3. Le plateau continental stend entre la limite de la crote oca-
nique (trace prcdemment) et la limite gographique des conti-
nents reprsente sur la carte.
4. Plus laltitude des reliefs en milieu continental est leve et plus
le Moho est profond.
UN MODLE DE CRISTALLISATION DU MAGMA
prouver une hypothse
Rponses attendues :
1. Le basalte a une structure microlithique et le gabbro une struc-
ture grenue.
2. La diffrence de structure est dtermine par une diffrence de
la vitesse de cristallisation.
3. 30 C, le refroidissement est plus lent. On observe que les
cristaux de vanilline sont plus gros. 5 C, le refroidissement est
plus rapide et les cristaux sont plus petits. La diffrence entre la
temprature de fusion de la vanilline (80 C) et la temprature de
refroidissement dtermine la taille des cristaux. Une faible diff-
rence dtermine des cristaux de grande taille et inversement. On
peut donc en conclure quun refroidissement rapide produit une
structure microlithique et quun refroidissement lent produit une
structure grenue.
4. La vanilline fondue reprsente le magma (normalement
1 300 C), la diffrence de temprature reprsente les conditions de
refroidissement de ce magma. Limage de gauche (gros cristaux)
modlise le gabbro et limage de droite le basalte (et ses micro-
lithes). Bien sr, le modle doit tre critiqu.
LA DORSALE EST-INDIENNE
Confronter des rsultats une hypothse et effectuer un calcul.
Rponses attendues :
1. Les anomalies magntiques positives correspondent lenregis-
trement dun champ magntique suprieur la valeur du champ
magntique actuel. Les anomalies magntiques ngatives corres-
pondent lenregistrement dun champ magntique infrieur la
valeur du champ magntique actuel.
2. On constate une symtrie des anomalies magntiques de part et
dautre de la dorsale indienne ; la mise en relation des doc. 1 et 2
permet de dater les anomalies et leur dure ; on constate ainsi que
les ges des fonds ocaniques croissent lorsque lon sloigne de
la dorsale. Ainsi la dorsale est le sige de la formation de crote
ocanique. Cest un argument en faveur de lhypothse de lexpan-
sion ocanique.
3. Sur le doc. 1 : 2 cm = 111,2 km = 1 de latitude.
Lanomalie 1 stend sur 0,8 cm, soit 74 km environ.
La vitesse dexpansion est de 74 km en 0,78 Ma, soit 9,5 cm.an
-1
.
LA DRIVE DES PLES
Formuler et prouver des hypothses.
Rponses attendues :
1. Premire hypothse : la position du ple Nord magntique a
chang depuis 250 Ma. Deuxime hypothse : la position du conti-
nent europen a chang depuis 250 Ma.
2. Le doc. 2 permet dinfirmer la premire hypothse puisque des
roches de mme ge devraient donner la mme position du ple.
En revanche, des roches de mme ge, prleves sur des conti-
nents diffrents, donnant des positions du ple diffrentes, rv-
lent que les continents ont boug les uns par rapport aux autres. La
deuxime hypothse est donc valide.
3. Le trajet apparent des ples propos par le doc. 3 illustre en ra-
lit la migration des continents europen et nord-amricain ; cette
drive du ple magntique nest bien sr quapparente car celui-ci
reste fixe. En revanche les roches des continents qui ont fossilis la
direction du ple magntique contemporain de leur formation ont
migr. [NB : les deux trajets sont superposables entre 500 et 250 Ma
ce qui permet de supposer que les deux continents Amrique du
Nord et Europe ne faisaient quun lors de cette priode].
LES TRAVAUX DHUGO BENIOFF
Traduire des informations sous forme dun schma.
Rponses attendues :
1. Hugo Benioff propose cette interprtation la suite des constats
suivants :
les fosses ocaniques sont des zones sismiquement actives ;
la profondeur des foyers des sismes le long de ces fosses sta-
blit suivant un plan inclin.
2. Il sagit du phnomne de subduction : la lithosphre ocanique
plonge dans le manteau asthnosphrique.
3. Ni la crote, ni le manteau suprieur, ne sont continus de part et
dautre de la faille. Cette faille est en ralit le plan de plongement
de la lithosphre ocanique subduite sous une autre lithosphre.
En guise de schma dinterprtation, le doc. 6, p. 105 convient.
4. En 1949, lhypothse de lexpansion ocanique nest pas propo-
se ; la vision du fonctionnement de notre plante est encore trs
fixiste. Les notions de lithosphre (milieu rigide froid) et dasth-
nosphre (milieu plus ductile et plus chaud, dformable) ne sont
pas encore bien caractrises.
DISTINGUER LITHOSPHRE ET ASTHNOSPHRE
Extraire des informations graphiques.
Rponses attendues :
1. De 30 100 km, la viscosit du manteau diminue de faon trs
importante puisquelle passe de 1 0
23
poises 1 0
18
poises. Elle
est minimale 100 km environ puis augmente nouveau. Mme
500 km, la viscosit demeure 100 fois plus faible que celle du
manteau superficiel ( 30 km de profondeur).
2. Mme si la viscosit diminue entre 50 et 100 km, le manteau
reste toujours solide puisque sa viscosit est un million de fois
suprieure la glace.
()
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THME 2 EXERCICES 36
3. La valeur minimale de la viscosit observe 100 km correspond
une limite physique : elle spare la lithosphre sus-jacente de
lasthnosphre moins visqueuse et donc plus dformable.
LES IDES DARTHUR HOLMES ET DE HARRY HESS
Rdiger une synthse des connaissances.
Rponses attendues :
Dans les annes 1960, les campagnes ocanographiques rvlent
la morphologie des fonds ocaniques et la prsence de deux zones
caractristiques : les dorsales et les fosses ocaniques. Les mesures
de flux thermique permettent de constater quau niveau des dor-
sales des courants de convection font remonter des matriaux
chauds vers la surface, comme lavait propos Holmes quelques
annes auparavant. Cette ide est reprise par Hess qui suggre
que la consquence de ces remontes est la formation de plancher
ocanique, qui se dplace ensuite latralement alors que de nou-
veaux matriaux remontent. Lhypothse de lexpansion ocanique
est confirme la suite de la dcouverte des anomalies magn-
tiques qui montrent que lge du plancher ocanique augmente
au fur et mesure que lon sloigne de la dorsale. Des vitesses
dexpansion ocanique peuvent alors tre calcules.
INTERPRTER ET QUANTIFIER UN DPLACEMENT
DANS DES ROCHES DFORMES
Traduire des informations par un schma.
Rponses attendues :
2. Avant le mouvement, les diffrentes couches sont disposes de
faon horizontale. La couche claire centrale est alors continue, non
fracture par les failles.
3. Il sagit de failles normales. En rajustant les niveaux suprieur et
infrieur de la couche claire, on trouve un rejet horizontal denviron
1,5 m, qui correspond un allongement des terrains.
4. On observe ce type de faille en contexte de divergence, au
niveau une dorsale par exemple.
INTERPRTER DES TOMOGRAPHIES SISMIQUES
Raliser un schma et mettre en relation des informations.
Rponses attendues :
2. Les deux tomographies sismiques sont caractristiques de zones
de subduction, lune entre la plaque eurasienne et la plaque paci-
fique, lautre entre la plaque nord-amricaine et la plaque pacifique.
LE RENOUVELLEMENT DE LA LITHOSPHRE
OCANIQUE
Rdiger une synthse des connaissances.
Rponse attendue :
Au niveau des dorsales :
On enregistre une remonte des isothermes et notamment
lisotherme 1 300 C, qui traduit une remonte du manteau asth-
nosphrique.
Les donnes sismiques indiquent la prsence de roches partiel-
lement fondues ; les magmas se transforment, en refroidissant, en
des roches magmatiques incorpores la crote ocanique.
Au niveau des zones de subduction, les donnes de tomographie
sismique montrent quun matriau froid senfonce dans le man-
teau : il sagit dune plaque lithosphrique en subduction.
Ainsi, le manteau participe au renouvellement de la lithosphre
car il est lorigine de la nouvelle lithosphre ocanique au niveau
de la dorsale. La fusion partielle du manteau asthnosphrique
(dcompression des pridotites) conduit la formation de crote.
Au niveau des zones de subduction, la lithosphre ocanique
vieillie et refroidie plonge dans le manteau asthnosphrique et
sera incorpore celui-ci.
Dorsales (lieux de cration de lithosphre ocanique) et zones de
subduction (lieux de destruction de lithosphre ocanique) partici-
pent au renouvellement de la lithosphre ocanique.
LOUVERTURE OCANIQUE DANS LE GOLFE DADEN
Saisir des informations et calculer une vitesse.
Rponse attendues :
1. On constate que lge des fonds augmente au fur et mesure que
lon se rapproche des ctes de la pninsule arabique et de celles du
continent africain. Cette disposition rappelle la symtrie des ges du
plancher ocanique observe de part et dautre dune dorsale. Ainsi le
golfe dAden serait le sige dune expansion ocanique lie la pr-
sence dune dorsale qui aurait dbut son activit il y a environ 20 mA.
2. Les traits noirs sont disposs perpendiculairement aux bandes de
crote ocanique de mme ge : il sagit de failles transformantes.
3. lEst, les plus vieux fonds sont gs de 19,7 Ma environ ;
lOuest, leur ge nexcde pas 16 Ma. Il y a 19 Ma, lOuest, le
continent africain et la pninsule arabique taient donc accols.
4. 111 km en 16 Ma environ. Soit une vitesse trs faible de lordre
de 0.7 cm.an
-1
.
LE PRINCIPE DE LA TOMOGRAPHIE SISMIQUE
Effectuer des mesures et mettre en relation des informations.
Rponses attendues :
4. Les ondes sont ralenties : le milieu anormal travers par ces
ondes est donc plus chaud que son environnement.
Objectif bac [p. 133 du manuel]
LES MOUVEMENTS RELATIFS DE TROIS
PLAQUES LITHOSPHRIQUES
Les mouvements relatifs de trois plaques lithosphriques
Rponse attendue :
Le doc. 1 permet de distinguer deux limites de plaques :
lEst, une zone de subduction (fosse du Chili) ;
lOuest, une dorsale, la dorsale Est Pacifique.
On peut ainsi proposer quil y ait trois plaques concernes :
la plaque Sud Amricaine (station Salta) et la plaque Nazca (sta-
tion le de Pques), en convergence ;
la plaque Nazca et la plaque Pacifique (station Pitcairn), en
divergence.
partir du doc. 2, la vitesse dexpansion de la dorsale Pacifique
peut tre dtermine laide des anomalies magntiques. En utili-
sant la limite Matuyama Gauss, situe 110 km de la dorsale, on
trouve 8.9 cm.an
-1
.
Cest la vitesse dloignement des deux plaques sur cette priode.
Les vitesses fournies par GPS, releves par le doc. 3 sont de lordre
de 13 cm.an
-1
pour lloignement des deux stations (Pques et
Pitcairn) ; pour la convergence, les deux plaques se rapprochent
avec une vitesse de lordre de 5 cm.an
-1
.
Les ordres de grandeur sont donc les mmes que ceux fournis par
les donnes magntiques.
SVT1
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re
THME 3 CHAPITRE 1 38 39
CHAPITRE 1 Tectonique des plaques
et gologie applique
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Les bassins dhydrocarbures pr-salifres [pp. 142-143 du manuel de llve] 1

Le modle de la tectonique des plaques constitue un cadre intellectuel
utile pour rechercher des gisements ptroliers.
partir de ltude dun exemple on montre que la tectonique globale
peut rendre compte :
dun positionnement gographique du bassin favorable au dpt
dune matire organique abondante et sa conservation.
Dcouvrir la morphologie et la structure des marges passives partir des
cartes et des coupes.
Analyser les positions relatives des continents et des ocans lors des
priodes de grandes accumulations de roches mres ptrolires pour
comprendre les conditions favorables leur dpt.
ENJEUX PLANTAIRES CONTEMPORAINS THME 3
Lobjectif de ce chapitre est de faire comprendre aux lves
comment la formation de ressources gologiques (hydrocarbures
ou potasse) ncessite la fois des conditions gologiques et
climatiques particulires, qui expliquent la fois que lon peut
prvoir leur rpartition sur Terre et quelles sont rares. Les units 1
3 concernent les gisements dhydrocarbures et les units 4 et 5
traitent une ressource locale : les gisements de potasse dAlsace.
Lunit 1 vise montrer que les grands gisements dhydrocar-
bures dits de pr-sel des marges passives Est et Ouest de lAtlan-
tique Sud sont rpartis de faon symtrique par rapport laxe de la
dorsale mdio-ocanique. Ceci amne lhypothse dune formation
synchrone de ces gisements dhydrocarbures, au moment de lou-
verture de lAtlantique Sud.
Cette unit permet aussi de dcouvrir les principales caractris-
tiques morphologiques (plateau continental, talus) et structurales
(blocs basculs, failles normales, forte paisseur de sdiments et
de roches sdimentaires dposs sur plusieurs dizaines de millions
dannes) des marges passives.
DOC 1 ET 2 (Sinformer partir dune carte gomorphologique
et dun graphique). Les gisements dhydrocarbures de pr-sel
reprsentent dnormes rserves. Leur localisation et leur exploita-
tion seront, dans un avenir trs proche, dune grande importance
pour lconomie des pays producteurs. Le Brsil, par exemple,
actuellement la 16
e
place des pays producteurs dans le monde
pourrait se hisser au 4
e
rang en 2020, avec une production de
5,1 millions de barils par jour.
DOC. 2 ET 3 (Pratiquer une dmarche scientifique). Les gise-
ments dhydrocarbures de pr-sel de lAtlantique Sud sont rpartis
de faon symtrique par rapport laxe de la dorsale et sont
localiss sur les marges Est et Ouest de locan. Le ptrole de tous
ces gisements est issu de roches mres dates de 120 130 mil-
lions dannes (doc. 2), juste aprs louverture de lAtlantique Sud
(doc. 3). On peut donc penser que lorigine de ces gisements est
bien louverture de lAtlantique Sud.
DOC. 4 6 (Recenser, extraire et organiser des informations).
Les marges passives sont constitues par lensemble du plateau et
du talus continental. Leur socle, compos de crote continentale,
est surplomb par une paisse srie de roches sdimentaires
(biochimiques, dtritiques et des vaporites). Cet ensemble est
fractur par de nombreuses failles normales, qui tmoignent dune
tectonique en extension, synchrone de la sdimentation.
DOC. 5 ET 6 (Sinformer partir dune coupe schmatique de la
marge Est de lAtlantique Sud et dun texte sur les caractristiques
de quelques roches sdimentaires). La forte paisseur de dpts
sdimentaires tmoigne dun phnomne de subsidence, que
permet le jeu des failles normales.
Les bassins ptroliers de pr-sel de lAtlantique Sud sont situs sur
les marges passives de locan et se sont forms au cours de son
ouverture, dans un contexte tectonique dextension.
Lunit 1 a montr que les gisements dhydrocarbures se for-
ment dans de grands bassins sdimentaires situs sur les marges
passives dun ocan.
Lunit 2 permet de mobiliser les acquis de Seconde sur la for-
mation des combustibles fossiles : ils sont issus dune biomasse
dont la transformation en combustibles fossiles se droule dans
des circonstances gologiques bien particulires (augmentation de
la pression et de la temprature par enfouissement progressif en
plusieurs millions dannes).
On montre par lexprimentation comment des fluides de densits
diffrentes (eau et hydrocarbures), contenus dans la roche mre,
circulent au sein de roches permables pour tre pigs dans une
structure gologique associe un recouvrement impermable.
Ceci amne la notion de pige ptrolier : une roche rservoir recou-
verte dune roche impermable. Il convient de faire comprendre
aux lves que la remonte des hydrocarbures vers la surface est le
rsultat dune compaction de la roche mre qui expulse les liquides
quelle contient : leau et les hydrocarbures. Comme les hydrocar-
bures ne sont pas miscibles avec leau et que leur densit est inf-
rieure celle de leau, ils remontent vers la surface sous leffet de
la pousse dArchimde. Ce protocole exprimental ncessite une
maquette dun pige ptrolier disponible auprs dun fournisseur
habituel de matriel. Il faut aussi du matriel consommable :
gravillons daquarium et huile de courge.
Latelier Informatique (p. 194) prolonge cette unit et permet
un travail exprimental avec un microscope coupl au logiciel
Mesurim. Lobjectif est dobserver la prsence dhydrocarbures dans
la roche rservoir et de calculer sa porosit. Les lames minces et les
chantillons des roches dun pige ptrolier sont disponibles, chez
un fournisseur habituel, sous forme dun kit nomm : Les tapes
de la formation du ptrole .
Lexercice 7 (p. 158) peut tre utilis pour rappeler que la trans-
formation de la matire organique en hydrocarbures au sein de la
roche mre est un processus lent associ une augmentation de la
pression et de la temprature, li lenfouissement des sdiments
par subsidence.
Un exemple de gisement pr-salifre [pp. 144-145 du manuel de llve] 2
U
N
I
T

Le modle de la tectonique des plaques constitue un cadre intellectuel
utile pour rechercher des gisements ptroliers. partir de ltude dun
exemple on montre que la tectonique globale peut rendre compte :
dune tectonique en cours de dpt (subsidence) et aprs le dpt qui per-
mettent lenfouissement et la transformation de la matire organique puis la
mise en place du gisement.
Recenser, extraire et organiser des informations permettant de
reconstituer le contexte gologique lpoque du dpt lorigine
de lhydrocarbure de lexemple tudi.
Modliser la circulation de fluides de densits diffrentes non mis-
cibles dans des roches permables.
Concevoir une modlisation et suivre un protocole pour com-
prendre comment une structure gologique associe un recouvre-
ment impermable constitue un pige liquide.
Reprer les grandes caractristiques dun bassin sdimentaire et
de quelques roches sdimentaires.
DOC. 1 4 (Recenser, extraire et organiser des informations). La
roche mre situe la base du pige dhydrocarbures est date de
125 130 mA. Elle est riche en matire organique dorigine lacustre
qui volue en hydrocarbures. La roche rservoir situe entre la roche
mre et la roche de couverture est date de 120 125 mA. Elle sest
forme en milieu lacustre et a une forte porosit, lui permettant dac-
cumuler des hydrocarbures. La roche de couverture, situe au sommet
du pige ptrolier, est date de 120 110 mA. Elle rsulte de la pr-
cipitation de NaCl suite lvaporation intense dune eau de mer riche
en sels dissous. Elle est impermable et empche les hydrocarbures
de remonter la surface.
DOC. 2 ET 3 (Sinformer partir dun texte et dune photo-
graphie dune lame mince de roche mre). La formation dhy-
drocarbures ncessite une accumulation dune forte paisseur de
sdiments dtritiques et de matire organique au fond dun lac
dans un milieu pauvre en oxygne. Au cours de son enfouissement,
sous leffet combin de laugmentation de la pression et de la
temprature, ces sdiments voluent en roche mre et la matire
organique quelle contient se transforme hydrocarbures.
DOC. 4 ET 5 (Pratiquer une dmarche scientifique). Au dbut
de lenfouissement, les sdiments de la future roche mre contien-
nent de la matire organique et une forte proportion deau. Au fur
et mesure que la charge sdimentaire saccrot (par laccumulation
verticale de nouveaux sdiments) la pression des fluides, ou pres-
sion hydrostatique, augmente provoquant lexpulsion des fluides
(eau et hydrocarbures forms) de la roche mre. Ces fluides circu-
lent ensuite au sein des roches sdimentaires permables. Comme
les hydrocarbures ne sont pas miscibles avec leau et que leur den-
sit est infrieure celle de leau, ils migrent vers la surface sous
leffet de la pousse dArchimde. Si, au cours de leur ascension,
les hydrocarbures rencontrent une roche impermable, ils peuvent
saccumuler dans une roche rservoir et constituer un gisement.
()
SVT1
re
re

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CHAPITRE 1 La mobilit des continents :

La naissance de la thorie de la drive des continents [pp. 76-77 du manuel de llve] 1

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