Étude de l'histoire des océans à partir des dorsales et des anomalies magnétiques

[Sylvain]

Bonjour à tous. Je suis nouveau dans ce forum et comme vous je suis passionné par la géologie, bien que je suis loin d'avoir toutes vos connaissances. Alors mon sujet de TPE cette année est :

"Étude de l'histoire des océans à partir des dorsales et des anomalies magnétiques"

Je l'ai fini, et je passe à l'oral Jeudi 9 mars, dans 4 jours. Donc, ils ont été rendus. Comme produits, nous avons réalisé un CD-Rom et une maquette d'une dorsale océanique. Alors voici le texte de notre TPE, j'espère que j'ai le droit de le faire.... Biensur, il n'y a pas tout, il manque les schémas, les photographies, les définitions etc.... Alors voilà, je voudrais avoir votre avis, qu'en pensez vous ? A votre avis, quelles types de questions on me posera à l'oral ? Voilà, bonne lecture.

Cordialement.

Introduction

La planète Terre est une source de champ magnétique : elle se comporte comme un aimant, qui possède des pôles magnétiques, légèrement différents des pôles géographiques. Or il s’avère qu’au cours des ères géologiques, le champ magnétique a subi des variations. Lorsque Alfred Wegener proposa sa théorie sur la dérive des continents en 1912, ses principaux arguments étaient que les continents semblaient "s'emboîter" entre eux tel un grand puzzle et que certaines faunes fossiles similaires se retrouvaient dans divers endroits du globe, attestant la présence d'un super-continent il y a des millions d'années. Cette théorie de tectonique des plaques a été très contestée, mais l'analyse du plancher océanique et le paléomagnétisme, va apporter de nouvelles idées et donner raison à Wegener. Notre étude a pour base la théorie de Fred Vine et de Drummond Matthews, qui proposèrent une explication à l'expansion océanique, à partir des dorsales et de l'étude des anomalies magnétiques.

I. Les fonds océaniques

Les dorsales océaniques

Il existe entre deux continents, des immenses chaînes de montagnes sous-marines s'allongeant au fond des océans sur plus de 65 000 km, s'élargissant sur 1 500 km et pouvant atteindre une altitude au dessus de la plaine abyssale de 3 000 m. Ces systèmes de montagnes sont dits dorsales océaniques (ou rides). Celles-ci représentent l'un des environnements les plus actifs de la Terre (la ceinture de Feu du Pacifique en est un bon exemple). Toutes les dorsales ne sont pas situées au milieu d’un océan, comme le prouvent celles du Pacifique. Au milieu de ces dorsales, il existe un système de fossés d'effondrement dénommé rift. C'est par cet endroit que le manteau chaud de l'asthénosphère remonte et rejette le magma de nature basaltique en fusion, qui se répand de chaque coté de la dorsale, laissant ainsi la place pour l'arrivé de nouvelles laves. Ces dernières formeront une roche volcanique plus jeune. Lorsque le magma est rejeté, il se refroidit et forme la nouvelle croûte océanique. Ainsi, l'age des roches de la croûte océanique est plus jeune à mesure que l'on s'approche de la dorsale, et plus vieux si on s'en éloigne. C'est pour ça que l'on retrouve des reliefs d'origine volcaniques, alignés et symétriques : c'est la théorie du tapis roulant. Nous verrons plus tard, comment nous sommes arrivés à une telle conclusion.

Étude de cas : l’Islande

Dans l’hémisphère nord, la dorsale médio-atlantique, comprise entre la plaque Amérique du Nord et la plaque Eurasie, a un sommet qui atteint la surface : l’Islande ! En effet, il y a 20 millions d’années, l’île s’est émergée grâce à l’accumulation de roches volcaniques. L’Islande connaît une activité du rift, qui n’est pas linéaire. La zone active du rift se dédouble en deux branches au centre de l’île : la zone du rift de Reykjanes et la zone du rift d’Islande du Nord. Comme chez les dorsales océaniques, plus on s’éloigne vers l’Est ou vers l’Ouest, plus les formations volcaniques sont anciennes, et on retrouve une répartition des âges en bandes parallèles par rapport au rift. La zone du rift de l’Islande du Nord est la plus active.

Les anomalies magnétiques

Intéressons-nous maintenant au basalte (roche magmatique) rejeté par les dorsales océaniques. Celui-ci contient un minéral : un oxyde naturel de fer, appelé Magnétite, et de formule Fe3O4 (2 à 3%). Cette dernière est magnétique, c’est à dire que sa structure moléculaire lui permet en effet de conserver l'alignement des particules causé par le champ magnétique de la Terre lors de sa formation. Elle "fossilise" en quelque sorte le champ magnétique de l'époque pendant sa cristallisation. On appelle anomalie magnétique, le champ magnétique terrestre fossilisé par une roche, en général le basalte. Durant l'histoire de la Terre, les pôles du champ magnétique n'ont presque pas changé de position, mais par contre, leur polarité a considérablement varié par intervalles très irréguliers.

Comme nous l'avons vu, les roches volcaniques sont alignées et symétriques par rapport à la dorsale, et les orientations du champ magnétique, variant au cours du temps sont figées dans le basalte grâce à la magnétite. Sur la croûte océanique, il y a donc ce qu'on appelle des anomalies magnétiques : dites positives lorsque la polarité magnétique conservée par le basalte est la même que la polarité actuelle, et dites négatives lorsque la polarité magnétique conservée est inverse à la polarité actuelle. On obtient alors une symétrie absolument parfaite des bandes d'anomalies magnétiques formées à une même époque, de chaque côté de la dorsale.

II. Ouverture et fermeture des océans

La datation Potassium/Argon

Pour déterminer l'âge absolu des anomalies magnétiques, c'est à dire relier la succession des inversions magnétiques avec les temps géologiques, une équipe de géophysiciens (Allan Cox et Richard Doell) et un géochimiste (Brent Dalrymple) ont utilisé la méthode de datation Potassium/Argon. Cette technique permet de dater des roches de plus de 100 000 ans. Elle est fondée par la désintégration radioactive d'isotopes de Potassium en Argon. Toutes les roches contiennent du Potassium, mais il existe plusieurs isotopes dont le 40K, qui est le plus rare et le seul radioactif. Celui-ci se transforme d'une part en 40Ca, et d'autre part en 40Ar. Étant donné la forte présence de Calcium dans l'écorce terrestre, seul l'Argon est utilisé en géochronologie. Les constantes de désintégration de 40K en 40Ar étant connues, il est possible d'établir le nombre d'années qui se sont écoulées depuis la création de la roche jusqu'à aujourd'hui.

L'expansion océanique

On peut donc affecter un âge à chaque bande d'anomalie magnétique en fonction du calendrier paléomagnétique établi. C’est ce qui a permis de faire apparaître que le fond océanique est de plus en plus jeune si l’on s’avance vers le rift et inversement si l‘on s‘en éloigne. À partir de là, on peut établir des cartes où les principales anomalies magnétiques sont repérées par leur âge absolu d’après ce calendrier. Finalement on peut affecter un taux d'expansion des océans, tout simplement en réalisant une division de la distance au rift d'une bande d'anomalies magnétiques par l'âge de celle-ci. En réalité, c'est un demi-taux car comme on l'a vu précédemment, le phénomène est valable des deux côtés de la dorsale. Pour l'Atlantique, la valeur de la vitesse d'expansion la plus fréquente, est autour de 2cm/an. La valeur maximale est de 17 à 18 cm/an pour la dorsale du Pacifique Orientale.

L'océan disparu : la Téthys

On retrouve des indices des dorsales qui ont cessé d’être actives depuis longtemps sur les continents. On est certain qu’un affleurement de basaltes se trouvant dans l’Est de l’Afghanistan, constitue une partie supérieure d’une ancienne coulée de laves basaltiques sous-marine. On reconnaît en effet le même épanchement « en coussins » appelés pillow lavas, qui caractérisent les coulées sous-marines actuelles. Dans cette région, il y avait donc jadis, un océan appelé Téthys, et qui aujourd’hui a complètement disparu. Sa disparition peut s’expliquer par les mouvements de l’Inde, qui, il y a 230 millions d’années, étaient attachée à l’Afrique, avant de rejoindre l’Asie à l’Ère Tertiaire formant l’Himalaya. Là encore, le paléomagnétisme va nous renseigner sur son histoire. On retrouve en Afghanistan des sédiments de haute mer de la Téthys. Leurs microfossiles permettent d’indiquer l’âge des roches et leur magnétisme fossile, révèle à quelle latitude ils se sont formés. En effet les particules magnétiques s’alignent sur les lignes du champ magnétique terrestre, et se figent dans cette orientation quand les sédiments se sont transformés en roches. Les lignes du champ font un angle à l’horizontale qui varie avec la latitude (nul à l’équateur et droit aux pôles). Grâce à l’ancienne latitude et connaissant la direction du déplacement de la plaque portant cette roche, on peut effectuer un déplacement rétrograde jusqu’à ce que la latitude coïncide, afin de retrouver l’ancienne longitude. Donc, à l’aide de ces anomalies magnétiques, on reconstitue la forme globale de l’océan Téthys, à l’époque où les sédiments de haute mer Afghans se sont formés, il y a 230 millions d’années.

Conclusion

D’après notre étude, qui a porté sur l’histoire des océans, nous avons découvert que les anomalies magnétiques sont des indices très précieux et véritablement indispensables. Elles permettent en effet de déterminer comment les océans se créent et comment ils s’étendent de part et d’autre de la dorsale. Nous sommes capables de déterminer la vitesse d’expansion des océans, et grâce à d’autres outils géologiques, elles nous indiquent la localisation des anciennes terres, et parfois la localisation d’un gigantesque océan disparu dont nous ne soupçonnions pas l'existence. La tectonique des plaques est un phénomène fascinant, et reconstruire ce lointain passé est l’une des priorités du géologue actuel. Fred Vine et Drummond Matthews ont su, à travers une fusion de connaissances de plusieurs domaines scientifiques, comme la géologie, la physique et la chimie, expliquer un phénomène géophysique qui a longtemps été débattu par la communauté scientifique et qui, aujourd’hui, est accepté par tout le monde.

Références

Collectif, Dictionnaire des Sciences de la Terre, Albin Michel, 1998, 921 p. Encyclopaedia Universalis.

Maurice Mattauer, Ce que disent les pierres, Belin Pour La Science, 1998, 144p.

École normale supérieure de Lyon [en ligne], Herve Cardon, 2005 [consulté le 3 décembre 2005]. Disponible sur http://www.ens-lyon.fr/web/nav/

CNRS. [en ligne] CNRS, 2005 [consulté le 3 décembre 2005]. Disponible sur http://www.cnrs.fr/

Collectif, Physique 1reS, Hachette Éducation, 2001, 320p. Collection Durandeau.

Collectif, Sciences de la Vie et de la Terre 1reS, Bordas, 2001, 360p, Collection Raymond Tavernier, Claude Lizeaux.

[Théophraste]

Bonjour ! Et bienvenue !

Alors voici le texte de notre TPE, j'espère que j'ai le droit de le faire...

Mais bien sûr ! Géoforum est même fait pour ça, s'entraider, vulgariser, discuter autour des Sciences de la Terre, :coucou!:.

Très beau sujet !!!

Je lis ça avec un peu plus d'attention aujourd'hui...

Amicalement, Théo.

[ANDRE HOLBECQ]

Réponse de André Holbecq professeur de SVT, délégué régional pour la région nord de Géopolis :

C'est bien, mais pourquoi chercher si loin (en Afghanistan) ce que l'on a sous le nez à savoir des pilow lavas du Chenaillet dans les Alpes Françaises ? (voir les livres ROCHES ET PAYSAGES, de François Michel, BRGM éditions, page 122, BELIN POUR LA SCIENCE, et CE QUE DISENT LES PIERRES par Maurice Mattauer, Bibliothèque Pour la Science : COULEES DE LAVE BASALTIQUE, A LA RECHERCHE DE L'OCEAN PERDU, pages 30 &31, belle photo et cartes). N'oubliez pas de les citer , ces pillows du Chenaillet, car un géologue "nationaliste" pourrait etre vexé!

Je vous signale qu'en haut de l'Everest il existe une bande sombre de roche connue des alpinistes. Quand elle s'effondre , ses cailloux roulent dans les torrents et les Népalais les revendent sous forme de nodules ouverts avec à l'intérieur une ammonite BLANFORDICERAS HYMALAITES (jurassique) qu'ils revendent sur le marché de Katmandou. Egalement on peut avoir des rostres de bélemnites.

Parallèlement dans la cordillière des Andes on trouve à 1912 m d'altitude l'ammonite Lyelliceras lyelli de l'Albien (crétacé) à Huanuco au Pérou. Certes ce n'est plus votre sujet, mais dans une conclusion, cela pourrait être une ouverture sur une autre domaine, la paléontologie, qui confirme les hypothèses de géophysique.

Voulez-vous des photos scannées de ces deux fossiles ?

[Théophraste]

Comme vous parlez de datation de roche, dans le site cet article "La datation absolue des objets géologiques tel que roches, fossiles ou minéraux" permet de faire le tour de la question et d'être "incolable, :coucou!:.

Voir peut être bien les différents types de volcanisme, les volcans de dorsales sont il me semble particuliers... Des infos dans l'article sur les volcans ici ? Des photos utiles peut être ?

Je ferais un série de schémas montrant comment lorsque la roche en fusion sort de la dorsale, en refroidisant, elle "fossilise" le champ magnétique du moment, de la roche est présente des deux cotés de la dorsale qui s'écarte, et on retrouve ainsi de chaque coté la même succéssion des orientations de champs magnétiques, les deux cotés étant jumeaux, preuve de l'écartement... ( en gros vite fait, ).

[Sylvain]

D'accord, merci beaucoup pour votre aide. :coucou!: J'ai moi même fait une animation d'une dorsale et du processus pour le CD-Rom. Je regarderai vos articles. Et pour les images scannées, c'est gentil mais je pense qu'il suffit que j'en parle. En tout cas, encore merci.

Cordialement.

[Invité Rémi BORNET]

Bonjour, :coucou!:

J'ai lu ton TPE, c'est pas mal ! Comme j'ai moi-même passé cette épreuve l'année dernière je vais te donner quelque conseil pour l'oral : déjà tu ne dois pas stresser (difficile), les profs qui vont t'évaluer ne sont pas là pour t'enfoncer au contraire ; il faut que tu montre que le sujet que tu présentes est maîtrisé, que tu as appronfondi tes recherches et que tu ne te contentes pas de "réciter" le cours de 1ère et terminale ; enfin essaye de ne pas lire ta feuille de note, le bon moyen consiste à n'écrire que le plan de ce que tu vas exposer, ça a l'air bébête comme ça mais tu peux facilement gratter 2 points de plus.

Juste pour information, à propos de la théorie d'expansion océanique, il semblerait que les cellules de convections mantelliques ne soit pas seules responsables de l'expansion, mais qu'au niveau des zones de subduction la plongée d'une partie de la plaque entraîne le reste d'où l'expansion... Affaire à suivre...

Tu te destines à des études en Sciences de la Terre ?

[Sylvain]

D'accord merci. Je pense que quand même je ne stresserai pas trop. Oui en effet, j'ai envie de me lancer dans les sciences de la Terre plus tard. Je vais prendre note de tout ce que vous avez dit. :coucou!: Encore merci.

[Invité Rémi BORNET]

Juste comme ça, il est vrai que les méthodes de datation absolue sont efficaces mais il faut être conscient qu'elles ont aussi leurs limites : le système qui contient l'échantillon prélevé doit être resté clos, on ne peut pas dater une roche d'origine détritique avec ces méthodes. Il faut également savoir qu'une telle analyse a un coût non négligeable : 2000€ en moyenne, la recherche ça coûte cher, c'est pourquoi on utilise plus facilement la datation relative plus économique (pas toujours pour le cerveau :coucou!: ) et qui, de plus peut être beaucoup plus précise (on arrive à dater avec certaines ammonites à 250 000 ans près contre 1 ou 2 millions d'années avec la datation absolue).

@+

[Sylvain]

Bonjour,

Alors voilà, je suis passé à l'oral aujourd'hui même. Et cela c'est plutôt bien passé. J'ai parlé de tout ce que vous m'avez dit. Ils étaient très agréablement surpris par notre maquette et notre CD-ROM. Ca enleve une épine du pied En tout cas, merci. Je n'aurai les notes qu'en Juillet.

Cordialement.

[Sylvain]

J'ai un petit problème, car certaines images proviennent d'un livre "Ce que disent les pierres" de Maurice Mattauer. Et je ne sais pas si j'ai totalement le droit... A moins que je mette des copyrights.

[Théophraste]

Pour info générale, non vous ne pouvez pas, vous devez avoir une autorisation formelle de la personne qui a fait les photos pour les utiliser... Ca peut couter très très cher sinon... L'auteur du livre n'est pas forcément le propriétaire des droit photos, il faut bien l'autorisation de la personne qui les a créées...

Amicalement, Théo, :coucou!:.

[Sylvain]

Bonjour, je viens vous annoncer que mon TPE est désormais en ligne sur le lien suivant :

Histoire des océans à partir des dorsales et des anomalies magnétiques

Encore merci à Théophraste pour sa contribution.

RÉSUMÉ :

Ce sujet de TPE est une étude fondée sur la théorie de Fred Vine et de Drummond Matthews, qui proposèrent une explication à l'expansion océanique, à partir des dorsales et de l'étude des anomalies magnétiques. Nous avons étudié tout d'abord les dorsales océaniques, ainsi que leurs activités volcaniques et nous nous sommes intéressés au cas de l'Islande, qui est une partie émergée de la dorsale médio-atlantique. Aussi, nous avons étudié la fossilisation du champ magnétique terrestre par la magnétite Fe3O4, qui permit d'expliquer le phénomène d'expansion océanique. Afin de dater les roches du plancher océanique, nous avons vu la technique de datation Potassium/Argon et nous avons pu calculer la vitesse d'expansion des océans. Nous nous sommes aussi intéressés à cet océan disparu qu'est la Téthys et à son histoire.

[jamal017]

Bravo Sylvain, avec des diaporamas bien illustrées tu a fait et tu fera le tour du problème (dérive des continents qui a été "améliorée" suite aux nouvelles données sur les fonds océaniques et surtout le magnétisme ...et a donné la théorie de la tectonique des plaques). Je te félicite d'avance et bravo encore, seulement je pense à une petite et grande question un peu agaçante même pour les spécialites: à quoi elle est due l'inversion du champ magnétique? ou bien quelle la cause de cette inversion et comment "elle se passe"? merci tu nous a beaucoup enrichi avec ces connaissances et bon courage. amitiés

[Sylvain]

Merci beaucoup jamal017

Alors, d'après ce que j'ai lu, le temps de renversement se fait à peu près en 20 000 ans au maximum. Pendant le changement, le pôle magnétique a une trajectoire complexe et sinueuse. Ensuite, dans tous les documents que j'ai vus, les auteurs disent que le mécanisme des inversions est très mal connu donc, je n'en sais pas beaucoup plus.

Voilà,

:coucou!:

[jamal017]

Merci beaucoup jamal017

Alors, d'après ce que j'ai lu, le temps de renversement se fait à peu près en 20 000 ans au maximum. Pendant le changement, le pôle magnétique a une trajectoire complexe et sinueuse. Ensuite, dans tous les documents que j'ai vus, les auteurs disent que le mécanisme des inversions est très mal connu donc, je n'en sais pas beaucoup plus.

Voilà,

:coucou!:

Bonjour Sylvain et merci pour l'eclaircissement concernant "la cause" de l'inversion magnétique. Amitiés

[gohelliumaster]

Super boulot Sylvain ....j'espère que tu as cartonné à ton oral!!!

@+ :coucou!:

[Sylvain]

J'ai eu les notes du TPE aujourd'hui. J'ai eu 17 / 20

Merci aux membres de geoforum pour votre aide et vos conseils à l'oral.