Frontières de plaques en 3D

Les séries de résultats de ces exercices sont construites pour l'activité et ne proviennent pas d'une étude réelle.

Le mouvement des plaques et ses frontières

Place dans la progression de cycle 4 proposée : en 5e, on repère séismes et volcans à la surface du globe ; en 4e, on les relie au mouvement des plaques lithosphériques ; en 3e, on s'en sert pour comprendre les risques. Cette fiche sert de bilan.

Des plaques rigides qui se déplacent lentement

La lithosphère, enveloppe externe rigide du globe, est découpée en plaques. Elles reposent sur l'asthénosphère, plus chaude et plus déformable. Les plaques se déplacent les unes par rapport aux autres de quelques centimètres par an. Ces vitesses sont mesurables par GPS à l'échelle d'une vie humaine, mais rarement perceptibles à l'œil au quotidien. Elles deviennent considérables sur des millions d'années : 1 cm/an correspond à 10 km en un million d'années.

Les types de frontières et leurs indices

• Divergence (Islande) : deux plaques s'écartent. Le magma remonte et se solidifie, ce qui fabrique de la lithosphère nouvelle. Indices : failles qui étirent la croûte, séismes superficiels, volcanisme, vallée centrale.
• Subduction (Andes) : une plaque océanique, plus dense, plonge sous une plaque continentale. Indices : fosse, séismes de plus en plus profonds en s'éloignant de la fosse, chaîne de volcans sur la plaque chevauchante.
• Collision (Himalaya) : deux croûtes continentales, peu denses, se rapprochent et ne s'enfoncent pas facilement. La croûte se raccourcit, se plisse, se fracture et s'épaissit. Indices : très haut relief, failles et plis, séismes nombreux, volcanisme récent absent ou rare.
• Coulissage (San Andreas) : deux plaques glissent horizontalement le long d'une faille transformante. Indices : trace linéaire de la faille, décalage de repères, séismes superficiels, pas de volcanisme associé.
• Point chaud (Hawaï) : ce n'est pas une frontière. Une source de magma, quasi fixe en profondeur, alimente un volcan sous une plaque mobile. Indices : volcan actif loin d'une frontière, chaîne d'édifices alignés dont l'âge augmente en s'éloignant du volcan actif.

Conservation de la matière

La Terre ne grossit pas. La lithosphère fabriquée aux divergences est compensée par celle qui s'enfonce dans le manteau aux subductions. En collision, la matière n'est ni créée ni détruite : elle se raccourcit horizontalement et s'empile. Au coulissage, elle est simplement déplacée.

Raisonner avec la simulation

La simulation Tectonics de Mike Sammartano (interface en anglais ou en espagnol) propose cinq scénarios (Subduction, Collision, Divergent, Transform, Hot spot), une caméra à quatre vues, une coupe, la lecture, la pause et le temps, des réglages qui varient selon le contexte, des exports PNG, STL et USDZ, et des Worksheets. Les scénarios sont schématiques : ils servent à comparer des processus, pas à mesurer. On ne calcule donc jamais une profondeur ou une hauteur à partir de pixels.

Méthode

Pour conclure, croiser plusieurs indices : un seul (par exemple des séismes) ne suffit pas. Distinguer ce qu'on observe de ce qu'on en déduit, et nommer ce que le modèle ne permet pas d'affirmer.

Les séries de résultats de ces exercices sont construites pour l'activité et ne proviennent pas d'une étude réelle.

Activité : quelle frontière se cache sous chaque paysage ?

Situation-problème. Un journaliste affirme : « Tous les séismes et tous les volcans se produisent là où deux plaques se heurtent. » Votre équipe doit vérifier cette phrase en comparant plusieurs contextes.

Document 1 : tableau des caractéristiques observables

Tableau construit pour l'activité. Les vitesses sont des valeurs pédagogiques simplifiées et arrondies, pas des mesures.

Document 2 : protocole comparatif dans la simulation

Contrôles : même vue de caméra, même coupe, même moment de la lecture entre deux comparaisons, sans imposer de valeur chiffrée. On ne modifie qu'un paramètre à la fois. Étapes : (a) choisir un scénario, fixer une vue de caméra et un réglage de coupe que l'on conserve ensuite, lecture en pause au début ; (b) noter qualitativement ce qui est visible avec les réglages disponibles pour ce scénario ; (c) lancer la lecture puis mettre en pause à un moment repérable, par exemple la fin, sans rien d'autre changer ; (d) recommencer avec un autre scénario en conservant la même vue et la même coupe. Les scénarios sont schématiques.

Exercice 1 : un protocole de comparaison contrôlée

1. On veut comparer l'Islande et les Andes, avec les scénarios Divergent et Subduction de la simulation. Quel paramètre change entre les deux séries ? Lesquels restent identiques ?
2. Proposez un tableau de relevé à remplir pour chaque contexte (au moins quatre lignes).
3. Pourquoi faut-il garder la même vue et la même coupe ? Donnez un exemple de conclusion faussée si on les change.
4. Comment vérifier que votre relevé n'est pas dû au hasard ou à une erreur de lecture ?

Exercice 2 : calculer un déplacement

Formule : d = v × t, avec d la distance, v la vitesse, t la durée. Rappel : 1 km = 100 000 cm. Les vitesses du document 1 sont des vitesses relatives : elles donnent directement l'écartement ou le rapprochement entre les deux plaques, sans les doubler ni les diviser par deux.

1. En Islande (2 cm/an), de combien les deux plaques s'écartent-elles en 1 million d'années ? Exprimez en km.
2. Dans le contexte des Andes (7 cm/an), quelle distance de rapprochement en 5 millions d'années ? Exprimez en km.
3. Si la vitesse réelle est connue à ± 1 cm/an près pour 7 cm/an, quel intervalle obtient-on pour 5 millions d'années ?
4. Une personne observe la faille de San Andreas pendant un an. Pourquoi ne voit-elle pas le mouvement alors qu'il existe ?

Exercice 3 : reconnaître un point chaud

Tableau construit pour l'exercice, valeurs simplifiées d'une chaîne volcanique fictive inspirée d'Hawaï.

1. Observation : décrivez la relation entre l'âge et la distance.
2. Calculez la vitesse moyenne de la plaque en cm/an entre A et D.
3. Interprétation : expliquez pourquoi ces données font penser à un point chaud et pas à une frontière.
4. Dans la simulation, quel scénario (Hot spot), quels réglages disponibles pour ce scénario, quelle vue de caméra et quel moment de la lecture permettent d'observer qualitativement cette idée ?
5. Limites : citez deux raisons de ne pas conclure de façon définitive avec ce seul tableau et cette simulation.

Correction complète

Corrigé détaillé

Exercice 1

1. Seul le scénario change (Divergent puis Subduction). Restent identiques : la vue de caméra, le réglage de coupe, le moment de la lecture comparé et les réglages communs aux deux scénarios.
2. Colonnes possibles : scénario, moment de la lecture (début, fin), séismes (s'ils sont affichés), volcans (présents ou non, position), sens du mouvement (écartement ou rapprochement), relief (fosse, vallée, chaîne). Une ligne par état observé, soit au moins quatre lignes (2 scénarios × 2 moments).
3. Une coupe ou une vue différente montre d'autres structures : par exemple, une structure profonde peut ne pas être visible sans coupe ou depuis une vue de dessus, et on pourrait conclure à tort que la subduction n'a que des structures superficielles. Garder la même vue et la même coupe isole l'effet du scénario.
4. Refaire la série une seconde fois, avec un autre binôme si possible, et comparer. Les relevés qualitatifs doivent concorder. Une divergence entre les relevés signale une erreur de lecture ou de réglage.

Exercice 2

1. d = 2 cm/an × 1 000 000 ans = 2 000 000 cm = 20 km.
2. d = 7 × 5 000 000 = 35 000 000 cm = 350 km (35 000 000 ÷ 100 000).
3. Pour 6 cm/an : 6 × 5 000 000 = 30 000 000 cm = 300 km. Pour 8 cm/an : 400 km. Résultat : 350 km ± 50 km, soit un intervalle de 300 à 400 km.
4. En un an, le déplacement est de l'ordre de quelques centimètres, trop faible pour l'œil au quotidien. Il est cependant mesurable par GPS sur des années, et il s'accumule en séismes et en déformation du relief.

Exercice 3

1. Plus l'île est éloignée du volcan actif, plus elle est ancienne. Les îles sont alignées.
2. v = d ÷ t = 350 km ÷ 5 Ma = 70 km par Ma. Conversion : 70 km = 7 000 000 cm, donc v = 7 000 000 cm ÷ 1 000 000 ans = 7 cm/an. Cohérent avec B (70 km en 1 Ma) et C (210 km en 3 Ma). Incertitude : le tableau est simplifié, les distances sont arrondies à quelques km près, donc v vaut environ 7 cm/an à ± 1 cm/an.
3. Une frontière produit un phénomène réparti le long d'une limite entre plaques. Ici, un seul volcan est actif et les autres, éteints, sont alignés avec des âges croissants. Cela s'explique par une source de magma quasi fixe sous une plaque qui se déplace, ce qui fait migrer l'édifice par rapport à la source.
4. Choisir le scénario Hot spot, utiliser les réglages disponibles pour ce scénario, observer au début puis à la fin de la lecture avec une même vue de caméra, et comparer au scénario Divergent avec la même vue et la même coupe. On attend ici un volcanisme loin de toute frontière.
5. Limites : le tableau est construit et simplifié, et les âges et distances ne sont pas des mesures ; la simulation est schématique, donc on ne peut déduire ni profondeur ni hauteur réelles. De plus, une vitesse supposée constante sur 5 Ma n'est qu'une hypothèse.

Retour à la situation-problème

L'affirmation est partiellement fausse. Les séismes et volcans se concentrent aux frontières, mais le coulissage donne des séismes sans volcans, la collision peu de volcans, et le point chaud un volcan loin de toute frontière. La conservation de la matière reste respectée : la lithosphère créée en divergence est compensée par celle qui plonge en subduction.