Directions et vitesses de déplacement des plaques lithosphériques

 

Un exemple pour la première S

 

Objectifs

Supports

Démarche :

1- Choix des lieux étudiés

On choisit des couples de stations GPS situées sur deux plaques mitoyennes. Le site de la NASA fournit les données de plus d'un millier de stations. Visualiser ces stations.

A titre d'exemple, voici quelques stations qui excluent à dessein les sites répertoriés dans le TP de la banque de sujets du bac. Les élèves disposent d'un planisphère où figurent les limites des plaques et les stations choisies. A partir des acquis et du livre, ils trouvent le contexte géotectonique de chaque station

 

sites
latitude en degrés
longitude en degrés
GALA
- 0,7427
- 90,3036
RIOP
- 1,6506
- 78,6511
BAN2
13,0343
77,5116
LHAS
29,6573

91,1040

REIK
64,1387
- 21,9554
HOFN
64,2672
- 15,1979

Le signe moins indique la latitude sud et la longitude ouest.

sites position géographique plaque lithosphérique hypothèse sur le contexte tectonique
GALA Iles Galapagos Pacifique subduction
RIOP Riobamba- Equateur Amérique du sud
BAN2 Bangalore-Inde Inde collision
LHAS Lhasa- Tibet - Chine Eurasie
REIK Reykjavik- Islande Amérique du nord extension
HOFN Hoefn- Islande eurasie

 

Le site SOPAC donne pour chaque station des informations sur la localisation.
Le site GEODIS permet de positionner les stations ou tout autre lieu en fonction de ses coordonnées sur un planisphère gràce à un curseur. Pour cela on peut utiliser aussi le logiciel SISMOLOG.
2- Calcul des vitesses et sens de déplacement des plaques à partir de données GPS.
A chaque station, un GPS différentiel enregistre la longitude, la latitude et l'altitude du lieu. La banque fournit le déplacement pour chaque jour relativement à une date prise comme référence et sur une période d'une dizaine d'années.
a- Télécharger les fichiers de données relatives aux stations afin de les traiter avec le logiciel EXCEL, et le fond de carte. Les stations sont les 6 répertoriées ci-dessous plus PAMA, EISL et SANT (voir carte).

b- Principe : pour chaque station choisie en fonction du problème géologique à résoudre, à l'aide du logiciel EXCEL, l'élève construit le graphe du déplacement en longitude puis du déplacement en latitude en fonction du temps. Le logiciel fournit les équations des droites de régression linéaire dont les coefficients directeurs donnent la vitesse en x et en y en cm/an . Il représente alors sur papier millimétré, ou à l'aide d'un logiciel, ces deux vecteurs vitesses dont la composante fournit la direction et la vitesse du déplacement de la plaque lithosphérique concernée. Il reporte ensuite ce vecteur sur le fond de carte.

c- Protocole : il est décrit sur plusieurs sites académiques.
La marche à suivre est reprise succintement ci-dessous :

Un exemple de graphique : académie de Nantes

 

3- Calcul de vitesses et sens de déplacement des plaques à partir de données géologiques.

Utilisation d'un programme pour calculer la vitesse de déplacement des plaques à partir des modèles fondés sur les anomalies magnétiques.

Le site américain UNAVCO, University NAVSTAR consortium, propose un calculateur fondé sur le modèle NUVEL- 1A- NNR. On rentre les coordonnées d'un point et la plaque qui le porte. On obtient les valeurs des vitesses en latitude, longitude, ainsi que la résultante et l'azimut.

Le site GEODIS donne les résultats pour 4 modèles géologiques et un modèle géodésique. Il ne donne que les vitesses en longitude et latitude et non la résultante, ce que fournit le site UNAVCO. Par contre il trace directement les vecteurs sur un fond de carte après que l'on a rentré les coordonnées des points.

4- Résultats

Les élèves construisent les vecteurs vitesses sur papier millimétré puis ils les reportent sur le fond de carte. Ils notent les valeurs les vitesses obtenues dans un tableau.

 

sites V. latitude en cm /an

V.longitude en cm/an

vitesse GPS en cm/an

vitesse NNR-NUVEL-1A (site UNAVCO)

azimut en degrés (site UNAVCO)

GALA 1,0688 5,1016 5,12 6,27 81,28
RIOP - 0,1052 - 0,5507 0,57 0,99 327,63
BAN2 2,960 3,729 4,76 5,76 44,02
LHAS 1,4583 4,4428 4,67 2,56 104,82
REIK 2,1283 -1,146 2,42 2,27 325,32
HOFN 1,5935 1,3211 2,07 1,94 32,96
Comparaison des vitesses de déplacements des plaques dans trois contextes géodynamiques
et selon deux méthodes
En noir les vecteurs-vitesse GPS et en rouge les vecteurs-vitesse du modèle NNR-NUVEL 1A.
5- Interprétation des résultats
Sens du déplacement des plaques : les élèves vérifient si la direction des vecteurs qu'ils ont tracés rend compte de mouvements en accord avec le contexte tectonique envisagé.
Vitesses : on constate une corrélation assez bonne entre les données GPS et les données fondées sur les anomalies magnétiques pour les stations océaniques atlantiques islandaises (2,42- 2,27 et 2,07 et 1,94 cm/an). C'est le cas aussi pour la station Pama (Tahiti) sur la plaque pacifique ( 6,93 - 7,03 cm/an). Ceci peut s'expliquer par le fait que les modèles NUVEL sont construits essentiellement à partir de données océaniques : les anomalies magnétiques des 3,4 dernières millions d'années. Les différences de l'ordre de 1,5 à 6 % peuvent sans doute venir pour partie de l'imprécision du calculateur dans le cas du modèle NUVEL. Ce dispositif mis à dispositioon sur Internet est vraisemblablement simplifié par rapport au modèle d'origine.
Par contre la différence est grande entre les deux méthodes d'évaluation pour la plaque Nazca, bien qu'elle soit océanique (GALA : 5,21 et 6,27 cm/an). L'écart est encore plus grand pour le site EISL . Les chercheurs ont en effet confirmé cette différence et admettent que la plaque Nazca subit un ralentissement de l'ordre de 10% en accord avec la décélération connue depuis 25 millions d'années (leçon 2 collège de France p 6). On trouve ici 20%.
On constate aussi des différences importantes pour les sites situés en zone de convergence et plus précisément en bordure de plaque : subduction à Santiago du Chili, site SANT, ou RIOP en Equateur et collision à Lhasa au Tibet ( 4,67 - 2,56). La théorie de la tectonique des plaques est fondée sur 2 hypothèses : les plaques sont rigides et leur vitesse varie très peu à l'échelle du million d'années. Ces hypothèses sont confirmées par les données géodésiques, sauf aux frontières de plaques en convergence.
Voir la carte sur le site Géodis. (Cliquer dans la colonne de droite sur "Géodis Reference System").
Site à consulter :