Le modèle de la tectonique des plaques suppose que la lithosphère terrestre est découpée en plaques indéformables sauf à leurs limites.
Plusieurs méthodes différentes ont permis de mieux comprendre la dynamique du système.
Nous en utiliserons deux :
— les points chauds
— les balises GPS
Répartition des volcans sur le globe
Limite des plaques lithosphériques
A. Mise en évidence du déplacement de la plaque Pacifique grâce au point chaud de Hawaï
Un point chaud est une zone de magmatisme intraplaque. On en connaît un certain nombre, particulièrement au niveau des archipels du Pacifique (Îles de la Société, Hawaï). Ce magmatisme de grande profondeur se traduit par la présence de volcans
Ces archipels sont constitués de guirlandes d’îles disposées selon un âge croissant depuis l’île active. En ce qui concerne Hawaï, la grande île, marquée par l’activité incessante du Kilauea, a été formée très récemment alors que Kauaï au nord-ouest est datée environ 5 millions d’années.
On considère que le point chaud est fixe et que la plaque lithosphérique se déplace au dessus de lui.
Fonctionnement d’un point chaud
Photo aérienne du sud de l’archipel
Carte bathymétrique de l’archipel d’Hawaï
Carte simplifié de l’archipel d’Hawaï
Le Mona Loa (4170 m) est un immense volcan-bouclier, caractéristique d’un magmatisme effusif essentiellement de nature basaltique.
La couleur du basalte, riche en oxyde de fer a donné son nom aux volcans de ce type, les volcans rouges.
Le cratère du Kilauea en 2012
Le lac de lave du Kilauea en 2014
Quelques vues de l’éruption de 2018
Lave a’a ou en croûte de pain
Bombe en croûte de pain
Lave pahoehoe ou lave cordée
Volcan éteint à Maui (environ 800 000 ans)
L’érosion des massifs volcaniques (5,6 millions d’années) sur Kauaï provoque l’apparition de paysage étonnant.
B. Méthode de calcul de la vitesse de déplacement de la plaque par utilisation du point chaud d’Hawaï
Si on considère que le point chaud correspond à une remontée magmatique profonde, cela signifie qu’il n’est pas impacté par le déplacement de la plaque qui se trouve au dessus de lui. Il est donc considéré comme fixe. Le lieu où le volcan est actif à l’instant t correspond au point 0 et les périodes d’activité des volcans éteints marque le déplacement de la plaque. Si on a la distance qui sépare les différents volcans, on peut facilement estimer la vitesse annuelle moyenne de déplacement de la plaque en cm.an-1.
Tableau des distances et des âges relatifs des différents volcans par rapport au Kilauea
On entre les valeurs dans un tableur excel puis on construit la courbe âge = f (distance). On trace ensuite une courbe de tendance (ou droite de régression) qui permet de calculez la pente de la courbe ou coefficient directeur, qui est de forme y = ax + b.
On rappelle : a = (y2 - y1)/(x2 - x1)
Courbe de l’âge des volcans d’Hawaï en fonction de la distance au Kilauea
C’est ce coefficient directeur qui nous donne la vitesse annuelle de déplacement de la plaque.
On obtient entre 9 et 9,5 cm/an pour le déplacement de la plaque Pacifique dans la direction sud est/ nord ouest.
Comportement de la lave du Kilauea (vidéo)
C. L’utilisation des balises GPS pour déterminer la vitesse d’expansion des océans
Pour qu’une balise soit géolocalisée par le système GPS (Global Positioning System), il faut au moins 4 satellites.
En effet, une balise GPS donne trois types de localisation :
— longitudinale
— latitudinale
— altitudinale
Puis les informations sont envoyées à un terminal qui les transcrit en clair.
Principe de fonctionnement d’un GPS
Le système GPS (Global Positioning System) a révolutionné l’approche de la tectonique des plaques. Alors qu’en utilisant les points chauds, on calcule une vitesse relative entre deux points terrestres, l’utilisation de satellites dans le système GPS permet d’avoir un référentiel extraterrestre. On peut donc estimer non plus une vitesse relative mais une vitesse absolue.
Nous allons
reprendre l’exemple d’Hawaï afin de comparer les estimations de vitesse
obtenues par chaque méthode.
Ouvrez GPS
time series - FTP directory listing – NASA. Vous tombez sur la carte mondiale
des balises GPS. Déplacez vous sur Hawaï.
Comme exemple, prenons la station JOKA qui se situé à côté de Puna Forest Reserve. En cliquant sur le point vert, le nom de la station apparaît. En cliquant sur le nom vous voyez 3 séries de mesures.
Les balises GPS de la Grande île d’Hawaï
Les données obtenues à la station JOKA
Ne tenez compte que des mesures latitudinales et longitudinales. Pour JOKA, vous lisez :
— latitude rate 36,113 + or – 0,446 mm/yr. Cela signifie que la vitesse latitudinale (vers le nord ou le sud) de déplacement de la station JOKA est de 36,113 mm par an avec un intervalle de confiance de 0,446 mm par an. Dans les calculs, on négligera cette incertitude.
— longitude rate - 61,383 mm/yr.
— la vitesse résultante, celle qu’on cherche est donc la composante des 2 comme le montre le schéma suivant :
Il suffit alors d’appliquer le théorème de Pythagore pour obtenir la valeur recherchée. On arrondira à un chiffre après la virgule. On obtient un déplacement de 71,2 mm/an.
Par convention, les vitesses sont données en valeur négative lorsque le déplacement en latitude est vers le sud et le déplacement en longitude est vers l’ouest.
On calcule les vitesses pour les stations suivantes puis on fait la moyenne des résultats afin d’obtenir un vitesse moyenne de déplacement de la plaque Pacifique.
Le résultat moyen obtenu est d’un peu plus de 7 cm/an. Cette vitesse est donc une vitesse absolue par rapport à un référentiel fixe situé en dehors du globe. La mesure est donc beaucoup plus fiable que celle obtenue avec le point chaud.
Attention, cette vitesse est une estimation. En effet, une plaque ne se déplace pas tout le temps. Pendant de grande périodes, il n’y aura aucun déplacement, puis subitement, lors d’un séisme par exemple, la plaque pourra se déplacer de plusieurs mètres.
Si on considère que la vitesse de déplacement des plaques est la même de part et d’autre de la dorsale où se produit l’accrétion du matériel lithosphérique, on peut estimer la vitesse d’expansion de l’Océan Pacifique à environ 14 cm/an
D. Toutes les plaques ont-elles la même vitesse de déplacement
Afin d’avoir une idée de la vitesse d’expansion de l’Atlantique nous travaillons sur 4 stations GPS du sud et du centre de l’Atlantique :
La moyenne de la vitesse de déplacement de la plaque est de 27,2 mm/an. La vitesse d’expansion de l’Atlantique sud est donc d’environ 5 cm/an.La dorsale Pacifique est donc une dorsale rapide (14 cm/an environ) alors que la dorsale Atlantique sud est une dorsale lente (5 cm/an environ).
On peut considérer que le fonctionnement d’une dorsale lente, type Médio-Atlantique, correspond à une vitesse d’expansion de 4/5 cm.an-1 au maximum. Dans le cas des dorsales rapides, type Est-Pacifique, on est plutôt à des vitesses de plus de 10 cm.an-1.
Une dorsale lente présente un rift, c’est à dire une grande vallée centrale volcanique de plusieurs kilomètres de large marche bordée de falaises dues à l’activité de failles normales. Le dénivelé peut atteindre 2000 m.
Une dorsale rapide est constituée d’un dôme de quelques centaines de mètres de haut. Il n’y a pas de rift du fait de l’intense activité de la dorsale.
Comparaison des deux types de dorsales
