Thème 4 — Dynamique interne de la Terre

Probabilité 2026 : ★★★★ — Apparu dans 6 sessions Métropole sur 8 (2022-2025).

Structure interne de la Terre

Sismologie : un outil de sondage

Les ondes sismiques se propagent différemment selon les milieux traversés :

• Ondes P (primaires) : longitudinales, traversent solides et liquides.
• Ondes S (secondaires) : transversales, ne traversent que les solides.

Zone d'ombre des ondes S entre 103° et 142° depuis l'épicentre → preuve que le noyau externe est liquide.

Structure en couches

Lithosphère et asthénosphère

Lithosphère : croûte + manteau supérieur rigide (~100 km). Découpée en plaques.

Asthénosphère : manteau plus chaud, ductile, plastique. Permet le mouvement des plaques.

Limite lithosphère/asthénosphère : isotherme 1300°C.

Théorie de la tectonique des plaques

Histoire de la théorie

Wegener (1912) : continents en mouvement (dérive des continents). Idée rejetée car pas de mécanisme.

Hess & Dietz (années 1960) : expansion des fonds océaniques. Confirmation par :

• Anomalies magnétiques symétriques de part et d'autre des dorsales.
• Datation des sédiments océaniques.
• Forage Joides (1968+).

Tectonique des plaques (synthèse 1968) : croûte fragmentée en plaques rigides en mouvement.

Frontières de plaques

Divergente (dorsales océaniques) : accrétion. Magmatisme basaltique. Ex : dorsale médio-atlantique.

Convergente :

• Subduction : plaque océanique plonge sous plaque continentale ou océanique. Volcans explosifs, séismes profonds, formation de chaînes.
• Collision : 2 plaques continentales. Formation de chaînes très hautes (Himalaya).

Transformante : coulissage horizontal. Ex : faille de San Andreas.

Magmatisme

Origine des magmas

Fusion partielle du manteau (pas une fusion totale, ~5-30%).

3 facteurs de fusion :

1. Augmentation de température (point chaud, Hawaii).
2. Baisse de pression (dorsale océanique).
3. Apport d'eau (subduction : la plaque plongeante libère de l'eau qui abaisse le point de fusion du manteau).

Différenciation magmatique

Magma primaire (basaltique) peut évoluer par :

• Cristallisation fractionnée : minéraux se cristallisent et sédimentent → magma résiduel plus différencié.
• Mélanges magmatiques.
• Contamination par roches encaissantes.

Aboutit à granite (continental) ou andésite (subduction).

Types de volcans

Volcans effusifs (Hawaii) : magma basaltique fluide → coulées de lave étendues. Peu dangereux.

Volcans explosifs (Pinatubo, Vésuve) : magma andésitique/rhyolitique visqueux → accumulation de gaz → explosions. Nuées ardentes, lahars, cendres. Dangereux.

Métamorphisme

Définition

Transformation à l'état solide des roches sous l'effet de la pression et de la température.

Pas de fusion (sinon = anatexie, transition vers magmatisme).

Types

• Métamorphisme régional : sur de grandes étendues lors de la formation de chaînes de montagnes (subduction, collision).
• Métamorphisme de contact : autour d'une intrusion magmatique (auréole de quelques centaines de mètres).
• Métamorphisme de choc : impact météoritique (très rare).

Faciès métamorphiques

Associations de minéraux index correspondant à des conditions P-T précises.

Exemples :

• Schistes verts : 300-500°C, P faible.
• Amphibolites : 500-700°C, P moyenne.
• Granulites : 700-900°C, P moyenne à forte.
• Éclogites : 600-800°C, P très forte (subduction profonde).

Reconstitution de chaînes de montagnes

Cas des Alpes

Histoire en plusieurs étapes :

1. Rift continental (-220 Ma au Trias).
2. Océanisation : ouverture d'un océan Liguro-Piémontais (-180 Ma).
3. Subduction (-100 Ma) : convergence Afrique-Europe.
4. Collision continentale (-30 Ma) : formation des Alpes.

Témoins actuels : ophiolites (lambeaux de croûte océanique chevauchés), métamorphisme HP-BT (subduction), nappes de charriage.

Cas de l'Himalaya

Collision Inde-Eurasie depuis ~50 Ma. Surrection continue (~5 mm/an).

Risques telluriques

Séismes

Magnitude (Richter, échelle log) : énergie libérée.

• M < 4 : peu ressenti.
• M 5-6 : dégâts modérés.
• M > 7 : très destructeur.

Intensité (Mercalli, échelle subjective) : dégâts observés.

Tsunamis : déplacement vertical de la croûte océanique (subduction, séisme ≥ M 7,5). Vagues à 800 km/h en haute mer.

Volcans actifs

Surveillance : capteurs sismiques, déformation (GPS, InSAR), géochimie (gaz fumeroliens).

Prédictibilité : court terme (heures-jours) progresse, mais long terme reste impossible.

Sujets-types 2026

Sujet 1 (Exercice 1) : Histoire d'une chaîne de montagnes

Documents : carte tectonique, schéma de subduction puis collision, photos d'affleurements (ophiolites, éclogites), données de datation radiochronologique.

Consigne : Reconstituer l'histoire d'une chaîne de montagnes à partir des données.

Sujet 2 (Exercice 2) : Magmatisme en zone de subduction

Documents : carte de la ceinture de feu Pacifique, diagramme P-T-fusion, composition chimique des magmas.

Consigne : Expliquer le magmatisme spécifique des zones de subduction.

Pièges à éviter

1. Confondre lithosphère et croûte. Lithosphère = croûte + manteau supérieur rigide. Croûte ne représente que ~5% de la lithosphère.
2. Confondre subduction et collision. Subduction = océanique sous continental/océanique. Collision = continental contre continental.
3. Penser que tous les volcans sont identiques. Effusifs (Hawaii) vs explosifs (subduction) ont des mécanismes et risques très différents.
4. Confondre métamorphisme et magmatisme. Métamorphisme = transformation à l'état solide. Magmatisme = fusion + cristallisation.
5. Oublier l'eau dans la subduction. C'est l'apport d'eau de la plaque plongeante qui déclenche la fusion du manteau, pas la T° ni la P seules.

Données chiffrées

• Rayon de la Terre : 6 378 km.
• Croûte continentale : ~35 km d'épaisseur moyenne.
• Croûte océanique : ~7 km d'épaisseur.
• Vitesse des plaques : 1-15 cm/an.
• Ondes P dans le manteau : ~8 km/s.
• Magmas en surface : ~10 km³/an (volcanisme mondial).
• Séisme du Pinatubo : VEI 6 (1991).
• Tsunami de Sumatra 2004 : ~230 000 morts.

Q&R pour le tuteur IA

Q : Pourquoi les volcans de subduction sont-ils plus dangereux ? R : Le magma andésitique/rhyolitique de subduction est riche en silice (60-75%), donc très visqueux. Les gaz volcaniques s'accumulent sous pression jusqu'à explosion violente (Pinatubo, Saint Helens, Vésuve). À l'inverse, le magma basaltique de Hawaii est pauvre en silice (~50%), peu visqueux, les gaz s'échappent facilement.

Q : Comment dater une chaîne de montagnes ? R : Plusieurs méthodes : (1) datation radiochronologique (K-Ar, U-Pb, Rb-Sr) sur les minéraux métamorphiques ; (2) datation stratigraphique des sédiments synorogéniques ; (3) thermochronologie (refroidissement post-orogénique).

Q : Pourquoi les Alpes continuent-elles de pousser ? R : La plaque africaine continue de se déplacer vers le nord (~1-2 cm/an), maintenant la collision avec l'Eurasie. La surrection des Alpes est ralentie mais existe encore. La chaîne est aussi en cours d'érosion, ce qui provoque un rebond isostatique (allègement → remontée).