Karamö, le prof virtuelLeçon 4 sur 16
La géodynamique interne
Je sais expliquer que la chaleur interne de la Terre est le moteur des volcans, des séismes, des déformations et du déplacement des plaques.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Distinguer géodynamique interne et géodynamique externe
- Expliquer l'origine de la chaleur interne et calculer avec le gradient géothermique
- Décrire la structure du globe et la notion de plaque lithosphérique
- Présenter les manifestations de la géodynamique interne, dont le volcanisme et ses deux grands types
Avant de commencer : Les roches magmatiques et métamorphiques (11e) ; la stratigraphie (leçon 1 de ce chapitre).
1Je découvre
À Siguiri, Lansana écoute son oncle, ingénieur des mines, raconter un stage qu'il a fait dans une mine d'or très profonde d'Afrique du Sud. « À plusieurs kilomètres sous terre, la roche est brûlante. Sans de puissants systèmes pour refroidir et souffler l'air, personne ne pourrait y travailler. Plus on creuse, plus il fait chaud. »
Le soir, à la télévision, Lansana voit des images d'un volcan en éruption en Afrique centrale : une lave rouge coule sur les pentes. Puis un reportage rappelle qu'en 1983 la terre a tremblé dans la région de Gaoual et de Koumbia, en Guinée, détruisant des villages.
Lansana relie ces trois faits : la chaleur au fond de la mine, la lave du volcan, les secousses de Koumbia. « Tout cela vient de l'intérieur de la Terre. Mais d'où vient cette chaleur, et comment peut-elle faire trembler le sol ou percer la croûte pour faire sortir de la roche fondue ? »
Quelle est la source d'énergie interne de la Terre, et quels phénomènes géologiques provoque-t-elle ?
2Je comprends
1. Géodynamique interne et géodynamique externe
La géodynamique étudie les forces et les mouvements qui transforment la Terre. On distingue :
- la géodynamique externe : les phénomènes qui se produisent à la surface, sous l'action de l'énergie du Soleil et de la gravité : altération, érosion par l'eau et le vent, transport et dépôt des sédiments (formation du relief du Fouta-Djallon, des plaines alluviales du Niger) ;
- la géodynamique interne : les phénomènes dont l'origine se trouve à l'intérieur du globe, sous l'action de la chaleur interne : volcanisme, séismes, formation des montagnes, déformation des roches (plis et failles), métamorphisme, déplacement des plaques.
Les deux sont liées : la géodynamique interne crée des reliefs (montagnes, volcans) que la géodynamique externe use et aplanit.
2. La chaleur interne de la Terre
Preuves. La température augmente avec la profondeur, comme dans la mine décrite par l'oncle de Lansana ; des sources chaudes sortent du sol ; des volcans émettent de la lave à plus de 1 000 °C.
Le gradient géothermique est l'augmentation de la température avec la profondeur. Dans la croûte continentale, il vaut en moyenne environ 3 °C par 100 m, soit 30 °C par kilomètre. On appelle degré géothermique la profondeur dont il faut descendre pour gagner 1 °C, soit environ 33 m en moyenne. Ces valeurs varient : le gradient est plus fort dans les régions volcaniques et plus faible dans les vieux continents stables.
Origine de la chaleur. Elle a deux sources principales :
- la désintégration des éléments radioactifs (uranium, thorium, potassium 40) contenus dans les roches, qui libère de la chaleur en permanence ;
- la chaleur initiale accumulée lors de la formation de la Terre, il y a environ 4,6 milliards d'années, qui s'évacue lentement.
Cette chaleur s'échappe vers la surface. En chemin, elle met en mouvement les roches du manteau, qui se comportent comme une pâte très lente à l'échelle des millions d'années : ce sont les mouvements de convection. Ils sont le véritable moteur de la géodynamique interne.
Méthode
Pour calculer une température en profondeur :
- Je note la température de surface T₀ (en °C) et la profondeur p (en m).
- Je convertis le gradient en °C par mètre (3 °C / 100 m = 0,03 °C/m).
- J'applique : T = T₀ + gradient × p.
- Je vérifie l'unité et l'ordre de grandeur.
Exemple
Dans la mine, la température de surface est de 28 °C. Quelle est la température de la roche à 800 m de profondeur, avec un gradient de 3 °C par 100 m ?
Augmentation : 800 × 0,03 = 24 °C.
T = 28 + 24 = 52 °C.
Voilà pourquoi il faut ventiler les mines profondes.
Exemple
À quelle profondeur l'eau d'un forage atteindrait-elle 100 °C, si la surface est à 30 °C et le gradient de 3 °C par 100 m ?
Il faut gagner 100 − 30 = 70 °C.
Profondeur = 70 ÷ 0,03 ≈ 2 333 m, soit environ 2,3 km.
3. La structure du globe et les plaques
L'étude des ondes sismiques (vue en Terminale) a montré que la Terre est formée d'enveloppes concentriques :
- la croûte : mince, de 5 à 10 km sous les océans (croûte océanique, basaltique) et de 30 à 70 km sous les continents (croûte continentale, surtout granitique) ;
- le manteau, formé de péridotite, jusqu'à 2 900 km de profondeur ;
- le noyau, surtout formé de fer et de nickel, liquide dans sa partie externe et solide au centre, jusqu'à environ 6 370 km.
La croûte et la partie supérieure du manteau forment une couche rigide, la lithosphère (environ 100 km d'épaisseur en moyenne). Elle repose sur l'asthénosphère, plus chaude et plus déformable.
La lithosphère n'est pas d'un seul morceau : elle est découpée en une douzaine de grandes plaques lithosphériques qui se déplacent de quelques centimètres par an. La Guinée se trouve sur la plaque africaine, loin de ses bords. Les plaques peuvent :
- s'écarter (limite divergente) : au niveau des dorsales océaniques, comme au milieu de l'Atlantique, du magma monte et crée de la nouvelle croûte océanique ;
- se rapprocher (limite convergente) : une plaque océanique plonge sous une autre (subduction) ou deux continents entrent en collision ;
- coulisser l'une contre l'autre (faille transformante).
- Les plaques s'écartent
- Dorsale océanique, rift
- Création de lithosphère
- Volcanisme surtout effusif
- Exemple : milieu de l'Atlantique
- Les plaques se rapprochent
- Fosse océanique, chaîne de montagnes
- Disparition (subduction) ou épaississement
- Volcanisme surtout explosif
- Exemple : Andes, Himalaya
Exemple
L'Afrique et l'Amérique du Sud s'écartent à une vitesse moyenne d'environ 3 cm par an. Quelle distance cela représente-t-il en 100 millions d'années ?
Distance = 3 cm/an × 100 000 000 ans = 300 000 000 cm.
300 000 000 cm = 3 000 000 m = 3 000 km.
C'est bien l'ordre de grandeur de la largeur de l'océan Atlantique entre les deux continents.
4. Les manifestations de la géodynamique interne
Le volcanisme. Un volcan est un relief formé par l'accumulation de produits sortis de l'intérieur de la Terre par une cheminée. Le magma, roche fondue contenant des gaz, se forme en profondeur, s'accumule dans un réservoir magmatique et monte vers la surface. Arrivé en surface, il perd ses gaz et devient la lave. On distingue deux grands types d'éruptions :
- les éruptions effusives : la lave est fluide, pauvre en silice et chaude (vers 1 200 °C) ; elle forme de longues coulées ; les gaz s'échappent facilement ; le volcan a des pentes douces. Roche formée : le basalte. On les rencontre surtout aux dorsales et aux points chauds ;
- les éruptions explosives : la lave est visqueuse, riche en silice et moins chaude ; les gaz restent piégés puis s'échappent brutalement ; il se forme des nuées ardentes, des projections de cendres et de blocs, parfois des dômes. Roche formée : l'andésite ou la rhyolite. On les rencontre surtout dans les zones de subduction. Ces éruptions sont les plus dangereuses.
En Afrique de l'Ouest et du Centre, le mont Cameroun est un volcan actif, et le volcan Fogo, aux îles du Cap-Vert, est entré en éruption en 2014. La Guinée n'a pas de volcan actif, mais son sous-sol contient de nombreuses roches magmatiques anciennes (granites, dolérites, péridotites) : elles témoignent d'une activité interne passée.
Les séismes sont des vibrations du sol provoquées par la rupture brutale de roches soumises à des contraintes (leçon 6).
Les déformations : sous l'effet des forces internes, les roches se plissent (plis) si elles sont souples, ou se cassent (failles) si elles sont rigides. Ces déformations construisent les chaînes de montagnes (leçon 7).
Le métamorphisme : enfouies en profondeur, les roches subissent une forte température et une forte pression ; elles se transforment à l'état solide (un argile devient schiste, un granite peut devenir gneiss).
3Je retiens
Je retiens
Géodynamique externe : phénomènes de surface (érosion, dépôt) liés au Soleil et à la gravité.
Géodynamique interne : volcanisme, séismes, plis et failles, métamorphisme, mouvement des plaques, liés à la chaleur interne.
Gradient géothermique moyen : environ 3 °C par 100 m ; T = T₀ + gradient × profondeur.
Origine de la chaleur : radioactivité des roches et chaleur initiale de la Terre ; elle provoque la convection du manteau.
La lithosphère rigide est découpée en plaques mobiles (quelques cm par an) sur l'asthénosphère.
Éruption effusive : lave fluide, coulées, basalte (dorsales). Éruption explosive : lave visqueuse, nuées ardentes, andésite (subduction).
4Erreurs fréquentes
- Croire que le manteau est un océan de roche liquide : le manteau est solide ; il se déforme très lentement, et le magma ne se forme que localement par fusion partielle.
- Confondre magma et lave : le magma est en profondeur et contient ses gaz ; la lave est le magma arrivé en surface, qui a perdu une grande partie de ses gaz.
- Oublier de convertir les unités : 3 °C par 100 m = 0,03 °C par mètre ; 1 km = 1 000 m.
- Penser que la Guinée est à l'abri de tout séisme : elle est loin des limites de plaques, mais des séismes intraplaques peuvent s'y produire, comme en 1983 dans la région de Koumbia.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Distingue géodynamique interne et géodynamique externe en donnant deux exemples de chacune.
b) Quelles sont les deux sources de la chaleur interne de la Terre ?
c) Définis : lithosphère, asthénosphère, plaque lithosphérique.
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a) Géodynamique interne : phénomènes nés de la chaleur interne, par exemple le volcanisme et les séismes. Géodynamique externe : phénomènes de surface liés au Soleil et à la gravité, par exemple l'érosion des versants par la pluie et le dépôt de sable dans le lit d'un fleuve.
b) La désintégration des éléments radioactifs des roches et la chaleur initiale de formation de la Terre.
c) La lithosphère est l'enveloppe rigide formée de la croûte et du manteau supérieur (environ 100 km). L'asthénosphère est la couche du manteau, sous la lithosphère, plus chaude et plus déformable. Une plaque lithosphérique est un morceau de lithosphère qui se déplace d'un seul bloc.
2Exercice 2
La température à la surface d'un plateau est de 25 °C. Le gradient géothermique est de 3 °C par 100 m.
a) Calcule la température à 1 500 m de profondeur.
b) À quelle profondeur la température atteint-elle 70 °C ?
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a) 1 500 × 0,03 = 45 °C ; T = 25 + 45 = 70 °C.
b) C'est la même profondeur : 70 − 25 = 45 °C à gagner ; 45 ÷ 0,03 = 1 500 m.
3Exercice 3
Recopie et complète le tableau :
| Caractère | Éruption effusive | Éruption explosive |
|---|---|---|
| Viscosité de la lave | … | … |
| Teneur en silice | … | … |
| Produits émis | … | … |
| Roche formée | … | … |
| Contexte de plaques | … | … |
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| Caractère | Éruption effusive | Éruption explosive |
|---|---|---|
| Viscosité de la lave | fluide | visqueuse |
| Teneur en silice | faible | forte |
| Produits émis | coulées de lave | cendres, blocs, nuées ardentes |
| Roche formée | basalte | andésite, rhyolite |
| Contexte de plaques | divergence (dorsale), point chaud | convergence (subduction) |
4Exercice 4
Une plaque se déplace à 5 cm par an.
a) Quelle distance parcourt-elle en 1 million d'années ? Donne le résultat en km.
b) Combien de temps lui faut-il pour parcourir 1 000 km ?
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a) 5 cm × 1 000 000 = 5 000 000 cm = 50 000 m = 50 km.
b) 1 000 km ÷ 50 km par million d'années = 20 millions d'années.
5Exercice 5
(Type examen) On donne les observations suivantes :
- document 1 : dans un forage de 3 km, la température passe de 30 °C en surface à 120 °C au fond ;
- document 2 : en Islande, située sur la dorsale médio-atlantique, les éruptions produisent de longues coulées de basalte ;
- document 3 : dans les Andes, près de la fosse du Pérou-Chili, les volcans produisent des nuées ardentes et de l'andésite.
a) Calcule le gradient géothermique du document 1 en °C par 100 m. Compare-le à la moyenne.
b) Nomme le type d'éruption des documents 2 et 3 et explique la différence par la nature de la lave.
c) Relie chaque type de volcanisme au type de limite de plaques.
d) Montre que ces phénomènes ont une origine commune.
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a) Augmentation : 120 − 30 = 90 °C sur 3 000 m. Gradient = 90 ÷ 3 000 = 0,03 °C/m = 3 °C par 100 m. C'est exactement la valeur moyenne de la croûte continentale.
b) Document 2 : éruption effusive ; la lave basaltique est fluide et pauvre en silice, les gaz s'échappent facilement, d'où des coulées. Document 3 : éruption explosive ; la lave andésitique est visqueuse et riche en silice, les gaz restent piégés puis explosent, d'où des nuées ardentes.
c) Islande : limite divergente (dorsale). Andes : limite convergente (subduction de la plaque océanique sous l'Amérique du Sud).
d) Tous ces phénomènes proviennent de la chaleur interne de la Terre : elle réchauffe les roches (gradient géothermique), provoque la convection du manteau qui déplace les plaques, et permet la formation des magmas aux frontières de plaques.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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