Chapitre 8 — La mobilité des plaques lithosphériques · Topic 1 : Preuves de la mobilité des plaques · Leçon 1.2
🎯 Objectifs pédagogiques
À la fin de cette leçon, tu sauras :
- expliquer comment les mesures GPS et VLBI quantifient le déplacement actuel des plaques ;
- définir un point chaud et son lien avec un panache mantellique quasi-fixe ;
- expliquer la formation d’un alignement volcanique par déplacement d’une plaque au-dessus d’un point chaud ;
- calculer la vitesse d’une plaque à partir d’un alignement volcanique daté ;
- construire un argument scientifique à partir d’un alignement volcanique.
🧭 Plan de la leçon
- Les mesures géodésiques directes : GPS et VLBI
- Les points chauds : panaches quasi-fixes et volcanisme intra-plaque
- Les alignements volcaniques : trace du déplacement des plaques
- Calculer la vitesse d’une plaque à partir d’un alignement
- Argument scientifique : reconstituer le mouvement d’une plaque
1. Les mesures géodésiques directes : GPS et VLBI
La preuve la plus directe du déplacement des plaques est leur mesure en temps réel par des techniques géodésiques modernes.
GPS (Global Positioning System) : des stations GPS fixes, installées sur des continents ou des îles dans le monde entier, mesurent leur position avec une précision millimétrique. En comparant les positions sur plusieurs années, on détecte des déplacements de quelques centimètres par an — c’est le déplacement des plaques lithosphériques.
VLBI (Very Long Baseline Interferometry) : technique radio-astronomique qui mesure la direction d’objets cosmiques très lointains (quasars) depuis deux stations terrestres éloignées. En comparant ces mesures sur plusieurs années, on détecte les changements de distance entre les stations — donc le déplacement des plaques.
| Exemple | Vitesse mesurée | Direction |
|---|---|---|
| Atlantique (dorsale médio-atlantique) | ~2-3 cm/an de part et d’autre | Écartement est-ouest |
| Pacifique (plaque Pacifique) | ~7-10 cm/an | Vers le nord-ouest |
| Inde (plaque Indienne) | ~5 cm/an | Vers le nord (collision himalayenne) |
Ces mesures confirment que les vitesses de déplacement des plaques sont de l’ordre du centimètre par an, en accord avec les vitesses déduites des anomalies magnétiques sur des millions d’années. La tectonique des plaques est donc un phénomène actuel et mesurable.
2. Les points chauds : panaches quasi-fixes et volcanisme intra-plaque
Un point chaud est une zone de volcanisme intense, localisée, qui n’est pas associée à une dorsale ni à une zone de subduction. Il est causé par un panache mantellique chaud — une colonne de matière mantellique particulièrement chaude qui remonte depuis la base du manteau.
La caractéristique essentielle d’un point chaud est que son panache est quasi-fixe par rapport au mouvement des plaques. La plaque lithosphérique défile au-dessus du panache, tandis que le panache reste en place. Le volcanisme actif se concentre donc toujours au-dessus du panache, tandis que les volcans plus anciens s’éteignent en s’éloignant.
Exemples de points chauds : Hawaï (plaque Pacifique), Islande (dorsale médio-atlantique), Réunion (plaque Africaine), Yellowstone (Amérique du Nord).
3. Les alignements volcaniques : trace du déplacement des plaques
Puisque la plaque se déplace au-dessus du panache fixe, elle laisse une trace volcanique sous forme d’un alignement d’îles ou de monts sous-marins, de plus en plus anciens dans la direction du déplacement passé de la plaque.
La chaîne d’îles Hawaïennes s’étend du sud-est (île de Hawaï, active, 0 Ma) vers le nord-ouest (îles de plus en plus vieilles et érodées). Au nord-ouest, la chaîne des Monts Empereurs, plus ancienne encore, forme un coude par rapport à Hawaï.
- Les volcans sont d’autant plus vieux qu’ils sont éloignés vers le nord-ouest.
- La plaque Pacifique se déplace donc vers le nord-ouest.
- Le coude de la chaîne (vers 43 Ma) enregistre un changement de direction du déplacement de la plaque Pacifique.
4. Calculer la vitesse d’une plaque à partir d’un alignement
Si deux volcans de l’alignement sont séparés par une distance d (en km) et ont des âges différant de t (en Ma), alors la vitesse de déplacement de la plaque est :
v = d / t
Exemple : l’île de Midway (au nord-ouest de Hawaï) est datée à ~27 Ma et se trouve à ~2 700 km du volcan actif d’Hawaï. Vitesse = 2 700 km / 27 Ma = 100 km/Ma = 10 cm/an.
Veillez à convertir correctement les unités : 1 cm/an = 10 km/Ma. Donc une vitesse de 10 cm/an correspond à 100 km/Ma. Pour convertir km/Ma en cm/an, multiplier par 0,1 : 100 km/Ma × 0,1 = 10 cm/an.
5. Argument scientifique : reconstituer le mouvement d’une plaque
Question : Un alignement de volcans intra-plaque présente les données suivantes : volcan A (actif, 0 Ma), volcan B (300 km au nord-ouest de A, daté à 3 Ma), volcan C (900 km au nord-ouest de A, daté à 9 Ma). Quelle est la direction et la vitesse de déplacement de la plaque ? Ces données confirment-elles l’existence d’un point chaud fixe ?
Données : Les volcans sont alignés du sud-est (volcan actif) vers le nord-ouest (volcans de plus en plus vieux) : 0 Ma → 3 Ma → 9 Ma. La distance augmente régulièrement avec l’âge : 300 km pour 3 Ma (entre A et B) et 900 km pour 9 Ma (de A à C). Le rapport distance/âge est constant : 300 km/3 Ma = 100 km/Ma et 900 km/9 Ma = 100 km/Ma.
Conclusion : La plaque se déplace vers le nord-ouest à une vitesse constante de 100 km/Ma = 10 cm/an. La régularité de la distribution âge/distance et la vitesse constante sont cohérentes avec un panache mantellique quasi-fixe : la plaque défile au-dessus du point chaud à vitesse et direction constantes, laissant une trace volcanique de plus en plus ancienne vers le nord-ouest.
« Les volcans sont d’autant plus vieux qu’ils sont éloignés vers le nord-ouest. Cela s’explique par le déplacement de la plaque vers le nord-ouest au-dessus d’un panache mantellique fixe. La vitesse de déplacement calculée est de 10 cm/an (100 km/Ma). »
🧠 À retenir absolument
- Le GPS et le VLBI mesurent directement le déplacement actuel des plaques (~cm/an).
- Un point chaud est causé par un panache mantellique quasi-fixe ; la plaque défile au-dessus.
- Un alignement volcanique se forme : volcans de plus en plus vieux dans la direction du déplacement passé de la plaque.
- Vitesse de la plaque = distance / âge entre deux volcans de l’alignement.
❓ Questions fréquentes
Pourquoi dit-on que le panache est « quasi-fixe » et non « parfaitement fixe » ?
Les panaches mantelliques sont ancrés très profondément dans le manteau (proche de l’interface manteau-noyau, à ~2 891 km), là où les mouvements sont bien plus lents qu’en surface. Cependant, des études récentes de tomographie sismique montrent que les panaches ne sont pas parfaitement immobiles : ils se déplacent légèrement (~1-2 cm/an entre eux). C’est pourquoi on parle de panaches « quasi-fixes » — fixes à l’échelle des mouvements des plaques en surface (~5-15 cm/an), mais pas absolument fixes dans le manteau.
Peut-on utiliser les points chauds pour reconstituer les mouvements anciens des plaques ?
Oui, c’est l’une des utilisations majeures des alignements volcaniques. En traçant la position et l’âge de tous les volcans d’une chaîne, on reconstitue la trajectoire passée de la plaque. Le coude entre la chaîne Hawaï et la chaîne Empereurs (~43 Ma) indique ainsi que la plaque Pacifique a brutalement changé de direction il y a environ 43 millions d’années — probablement en réponse au début de la collision de l’Inde avec l’Asie (formation de l’Himalaya), qui a réorganisé les forces s’exerçant sur la plaque Pacifique.
GPS et VLBI donnent-ils les mêmes résultats que les anomalies magnétiques ?
Oui, en grande partie. Les anomalies magnétiques donnent une vitesse moyenne sur des millions d’années, tandis que le GPS donne la vitesse actuelle. Dans la plupart des cas, les deux méthodes donnent des résultats cohérents, ce qui montre que la vitesse des plaques est relativement stable sur de longues périodes. Des différences peuvent exister si la vitesse d’une plaque a changé récemment (à l’échelle géologique).