Formation Européenne en Géosciences 2019

Carole Larose

Professeure associée IFE-ENSLyon
<carole.larose(at)ac-rouen.fr>

Publié par

Gérard Vidal

IFÉ-ENS de Lyon
<gerard.vidal(at)ens-lyon.fr>

IFÉ-ENS de Lyon

Ce livret est mis à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

2019-08-14

Résumé :

Les journées du GIFT 2019 (geoscience information for teachers) se sont tenues à Vienne en Autriche du 7 au 12 avril. Elles se déroulent en même temps que la plus grande réunion pour les Géosciences en Europe qui regroupe plus de 16 000 scientifiques venus de 133 pays. Le parallélisme entre les deux événements permet donc aux professeurs de côtoyer les scientifiques, de participer aux conférences du soir avec eux. Les journées dédiées aux professeurs s'articulent entre conférences et petits ateliers. Cette production présente les notes prises au cours de ce stage ainsi que des liens vers les ressources (les vidéos des conférences,les sites d'intérêt). Ce sont des ressources très intéressantes pour enrichir nos cours avec nos élèves.


Remerciements

Remerciements :

Je tiens à remercier toutes les personnes qui ont rendu cette formation possible et passionnante ainsi que les personnes qui ont contribué à cette production:

Table des matières
Liste des illustrations

La thématique 2019: la tectonique des plaques

Carole Larose

Professeure dans l'académie de Rouen et professeure associée IFE-ENSLyon
<>

Publié par

Gérard Vidal

IFÉ-ENS de Lyon
<>

IFÉ-ENS de Lyon

Ce livret est mis à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

Résumé

Les journées du GIFT 2019 (geoscience information for teachers) se sont tenues à Vienne en Autriche du 7 au 12 avril. Elles se déroulent en même temps que la plus grande réunion pour les Géosciences en Europe qui regroupe plus de 16 000 scientifiques venus de 133 pays. Le parallélisme entre les deux événements permet donc aux professeurs de côtoyer les scientifiques, de participer aux conférences du soir avec eux. Les journées dédiées aux professeurs s'articulent entre conférences et petits ateliers. Cette production présente les notes prises au cours de ce stage ainsi que des liens vers les ressources (les vidéos des conférences, les liens vers les sites d'intérêt). Ce sont des ressources très intéressantes pour enrichir nos cours avec nos élèves.


Table des matières

Présentation des journées du GIFT

présentation du GIFT .

Le GIFT permet de réunir des professeurs de très nombreux pays du monde, 22 pays étaient représentés lors de cette session dont les USA, le Japon, l'Inde ainsi que de nombreux pays Européens, nous étions 80 professeurs du primaire, du secondaire ou encore universitaires. Il est organisé en même temps que l'assemblée générale EGU (European Geosciences Union), pour plus d'informations, consultez ce lien. https://www.egu.eu/about/

Les échanges lors de ces journées se sont donc déroulés dans la langue internationale, l'anglais.

Le programme du stage

Programme des journées Ce programme présente les différents intervenants et un rapide résumé de la conférence proposée.

Visite au Muséum d'Histoire Naturelle

Ces journées ont commencé par une visite du muséum d'histoire naturelle. Il est situé sur une très belle place dans le quartier des musées de Vienne.

Place Marie-Thérèse

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Figure 1. Place Marie-Thérèse

Le musée d'histoire naturelle fait face au musée des beaux Arts


Le groupe de professeurs devant l'éléphant, emblème du musée

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Figure 2. Le groupe de professeurs devant l'éléphant, emblème du musée

Le groupe n'est pas au complet, certaines personnes sont arrivées seulement le lendemain.


un très beau bâtiment

Il a été construit pour abriter les très riches collections des Habsbourg et son architecture est néo-renaissance.

Les escaliers

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Figure 3. Les escaliers


Une très riche collection

Le musée propose une étonnante collection de minéraux et pierres précieuses, une salle des dinosaures et surtout la plus ancienne et la plus grande collection au monde de météorites.

la salle des météorites

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Figure 4.  la salle des météorites

Environ 1100 météorites sont exposées


une très belle vue du toit du musée

La visite s'est poursuivie sur le toit du musée, la vue sur la ville de Vienne est vraiment époustouflante.

Vue sur la place Sainte Thérèse

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Figure 5.  Vue sur la place Sainte Thérèse

visite guidée du toit du musée.


Les conférences

Vous trouverez ci-dessous les notes prises lors des conférences. Celles-ci étant en anglais, le petit résumé en Français vous permettra d'avoir un déroulé des propos du conférencier ou de la conférencière.

50 ans de tectonique des plaques, témoignage.

Xavier Le Pichon. Collège de France. Paris.

Le lien vers la vidéo https://www.youtube-nocookie.com/embed/b-_UeATB3Z0

  • 50 ans depuis 1968

  • Dans les années 1950 : état supercritique des connaissances

  • Boris Choubert : 1935 => soutient A. Wegener, comprend ce qui était novateur dans sa théorie et ce qui était faux.

  • Quand une idée vient trop tôt, elle ne peut pas être exploitée par la science

  • Quand le bon moment arrive ; peu importe qui initie le changement de phase

  • On peut utiliser une image : le fluide supercritique qui fige instantanément dès que quelqu’un initie le système

  • Choubert : première reconstruction de la Pangée qui est correcte mais complètement oubliéé car venue trop tôt

  • 1954 : utiliser les séismes pour prédire la position du rift dans l’océan indien => predictability of science

  • Les anomalies magnétiques -beau profile 1966- finit par convaincre : pas d’autres façon d'expliquer

  • Adapter la théorie aux faits : exemple extension une zone de subduction très active et rapide

  • Dorsale : pas un système actif mais passif => mis aussi du temps à comprendre

  • 1966 : premier modèle des flux géothermiques autour des dorsales : épaississement de la lithosphère et topographie. Problème : calcul des flux trois fois trop important. Ne prenait pas en compte l’hydrothermalisme. Donc M Le Pichon conclut dans sa thèse que « l’expansion océanique» ne marche pas => ce qui se révèle être faux quelque temps plus tard. Il est traumatisé

  • Dans le même temps, Mc Kenzie publie un papier dans lequel l’asthénosphère fait 50km et 550°C : faux mais publié

  • Naissance de la tectonique des plaques: capacité à quantifier et à prédire.

  • Jason Morgan 1967 / Mc Kenzie 1967 : premier travail en géométrie sphérique pour comprendre les plaques => premier modèle des plaques incluant la cinématique

  • Premières reconstructions de la fermeture des océans

  • Premier livre de la tectonique des plaques en 1968 par M le Pichon

Xavier Le Pichon

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Figure 6.  Xavier Le Pichon

M Le Pichon, témoignage touchant et impressionnant de cet homme qui a vécu toute la construction du modèle de la tectonique des plaques que l'on connaît aujourd'hui


Les anomalies magnétiques au niveau des dorsales océaniques

M Carlo Laj, École Normale Supérieure, Paris, France

le lien vers la vidéo https://www.youtube-nocookie.com/embed/y8aBeU2B0Ws

  • Wegener pense que le basalte qui plonge sous les continents n’est pas physiquement possible

  • Holmes : premier à penser au moteur => convection manteau. Mais sans preuves et publié après sa mort.

  • Harry Hess : découvre les dorsales (capitaine pendant 2eme guerre et en utilisant les sonars) et publie en premier idée de la divergence au-dessus d’une zone ascension convection

  • Laurence Morley découvre et explique les inversions de polarité enregistrées dans les roches magmatiques mais ces travaux ne sont alors pas publiés.

  • Puis Vine et Matthews reçoivent également peu de considération pour l’expansion océanique qui n’est pas admise unanimement par la communauté scientifique. Beaucoup de gens pensent que le magnétisme était induit et non rémanent

  • Trois ans après : cette théorie est entièrement admise

  • Évolution de l’échelle des temps géologiques grâce en particulier à la méthode de datation K-Ar.1954 : premier spectro california

  • Concept des failles transformantes

  • Inversions du champ magnétique : origines des anomalies +/-.

  • 1964 : identification des événements magnétiques majeurs 2 et 3 Ma (inversions courtes visibles dans les anomalies – les événements Olduvaï et Mammoth )

  • 1966 : l’événement Jaramillo => 3eme événement donne une continuité

  • Failles transformantes identifiées : zones sismiquement actives - (Tuzo Wilson). Géométrie sphérique explique ces failles et on comprend mieux les décalages des anomalies magnétiques

  • Cas d’école de Ridge Juan de Fuca 1965

  • Mai 1966 : on comprend que c’est le champ magnétique qui s’inverse de façon irrégulière, mais que l’expansion aux dorsales est constante

  • Le concept de l’expansion océanique est alors admis.

théorie de Wegener

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Figure 7.  théorie de Wegener

Wegener pense que le basalte qui plonge sous les continents n’est pas physiquement possible


: Les plaques tectoniques, une perspective géologique.

Onno Oncken, GFZ, Potsdam, Germany

le lien vers la vidéo https://www.youtube-nocookie.com/embed/6OYbDrBvYQ4

  • Les modèles numériques sont des aides récentes

  • Modèle de la gelée en sandwich ou crème brûlée

  • Limite asthénosphère / asthénosphère frôle le solidus => permet le découplage, ce qui n’est pas le cas sur Vénus par exemple

  • Question des failles : dans quelle mesure les failles peuvent accommoder la déformation => coefficient de friction

  • L’eau => diminue coefficient de friction (cf. travail de A. Rozel) : pression d’eau dans les failles

  • Coefficient de friction avec de l’eau => très faible (comme peau de banane)

  • Mais nécessaire de l’eau libre sous forme liquide car la planète est hydratée (pas Vénus)

  • Paradoxe apparent : coefficient très faible et pourtant séismes

  • Cas de la subduction andine : vers 60 Ma = ralentissement de la convergence et début de la déformation

    • Chen Y-W 2019

    • Sous la limite 660 km, la résistance des minéraux augmente significativement

    • Subduction en force : plaque plongeante est écrasée et pliée en profondeur (Facenna EPSL 2017)

  • Patagonie : montagnes moins hautes pourquoi ??

    • Beaucoup d’érosion glaciaire => remplit la fosse de sédiments

    • Ppm : beaucoup de pluies = beaucoup d’érosion

  • Effets du climat

  • Stick et al, 2018 ou 2016

  • Il y a 6 Ma : hausse de la sédimentation = période glaciaire

  • Hypothèse : lien entre les sédiments qui passent en subduction et la fin de la surrection des Andes en Patagonie = weakening donc plus de contraction forcée donc moins d’orogenèse

  • Cycle du carbone, effets climat / tectonique = thermostat tectonique processus lent mais efficace pour avoir une constante de température

  • Les montagnes actives pompent du CO2 dans l’atmosphère

  • La chaleur du soleil augmente mais la température de surface reste constante.

  • Il y a un autre important débat à propos de l’épaisseur de la croûte océanique : si on compare l’épaisseur de la croûte continentale à 3GA et à1.5 GA, on constate une diminution de l’épaisseur liée au début des processus d’érosion.

  • Entre 900 Ma – 750 Ma : preuves de l’expansion océanique et des processus de subduction.

  • Y avait-il tectonique des plaques et ce thermostat avant ? Quel était le mode de tectonique ?

  • Venus et Mars n’ont jamais eu une tectonique des plaques comme la nôtre : existe autres modes d’évacuation de la chaleur

  • Les plaques tectoniques contrôlent le climat et donc possibilité de la vie.

  • Les séismes sont dirigés par des paramètres anthropiques et climatiques. Les pluies locales, le pompage, les barrages et les mines peuvent perturber facilement l’équilibre.

Ono Oncken

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Figure 8.  Ono Oncken

l'évolution de la Terre et la tectonique des plaques: quand a-t-elle commencé?


Conclusion : La tectonique des plaques reliée aux climats, à la profondeur de la Terre et à la présence d’eau. Il y a de nombreuses interactions avec les autres interfaces, ce n’est pas un système simple.

  • Chimique et mécanique

  • le régime de température

  • Les allers et retours entre les couches profondes et les couches plus superficielles

Imaginez la Terre profonde.

Barbara Romanowicz, Collège de France, Paris, France / University of California, Berkeley, USA

le lien vers la vidéo https://www.youtube-nocookie.com/embed/tNGy7t_Xswk

  • Le plus grand forage est à Kola et il atteint 12.3 km

  • Premier séisme : Postdam 1889 enregistrement au Japon des ondes sismiques

  • ondes sismiques se propagent à vitesse différente et dans toutes les directions.

  • On peut enregistrer les ondes réfléchies et les ondes réfractées

  • Les très grands séismes => trains d’ondes qui arrivent sur ½ journée => certaines font plusieurs fois tour de la terre (ondes de surface)

  • Les ondes sismiques entraînent une oscillation de la Terre => free oscillations = dépend des paramètres physiques de la Terre = paramètres élastiques, constantes…

  • Petit à petit : compare la minéralogie et la physique de la sismologie

=> PREM model 1981 1D model

  • Comment aller plus loin que PREM ?

    • Copier l’imagerie médicale = non invasive investigation

    • Source d’ondes (IRM, X ondes, dans notre cas ondes sismiques)

    • sismomètres à bande large dans des mines profondes

    • GEOSCOPE réseau

    • Limitation : Les sources sont aléatoires et non distribuées uniformément.

    • plus de séismes superficiels exceptés dans les zones de subduction

    • 2/3 océans = Biais distribution des stations

  • Pour détecter les anomalies: il faut avoir les ondes dans les 3 directions

  • La vitesse de propagation des ondes ne dépend pas que de la température mais aussi de la pression, de la densité , de la composition.

  • Global mantle tomography

    • Premier model 1984 : déviation de la moyenne des vitesses.

    • Confirme la tectonique des plaques : arcs volcaniques, dorsales, vieux noyau et des continents épais.

    • 2008 : même carte => même anomalies

    • 100 km : liens avec les limites tectoniques

    • Plus profondément, les relations sont plus lâches avec la tectonique

    • 600 km : on voit les vieux slabs écrasés à 600km

    • changement de phase de l' olivine -> pérovskite

    • 1000 km : autre écrasement des slabs

    • 2900 km (limite du noyau) : anomalies rapides qui montrent une zone de vitesse lente zone LLSVP = cimetière de slabs ? dans N-S position, et contient les emplacements des paleo-position des pôles géographiques. Lien avec la rotation du noyau ? Ou une convection très profonde avec des zones d’ascension et des zones de plongée à très grande échelle ?

    • Lien avec le volcanisme intraplaque ? panache et point chaud ? Morgan 1971

    • Expérimentation numérique : une large tête proche de 200 km

    • Réservoir dans le manteau profond, composition => traces d'éléments différents

  • Les récentes améliorations: les modèles numériques

    • Prédire et calculer la propagation des ondes => modèles inversés

    • Comparer les observations et les prédictions => très bonne concordance !

  • Point chaud : gonflement superswell / Hawaï / Samoa : sous chacun d’entre eux, en profondeur, il y a un panache ! colonne qui provient de la limite manteau noyau CMB Core-Mantle Boundary ; cependant la base est commune

  • Déviation des panaches dans le manteau superficiel : système de convection diffèrent ? confronté avec déviation des slabs à 660km. Autres régions de déviation à 1000 km environ.

  • A 660 km : changement de la rheology mais à 1000km ? chute du slab à 600km ? on ne sait pas encore.

  • IRIS => US / Strasbourg /

modélisation du point chaud d'Hawaï

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Figure 9.  modélisation du point chaud d'Hawaï

Forme des colonnes => reliée au changement de viscosité


L’origine des séismes dans et autour des plaques tectoniques stables.

Christophe Vigny, École Normale Supérieure/CNRS, Paris, France

Lien vers la vidéo https://www.youtube-nocookie.com/embed/t-6Ho_7snbk

  • Les séismes intéressent les gens

  • L’impact des séismes est grandissant : le niveau des dommages est relatif au nombre de constructions humaines. Impact économique important.

    • Large Mw > 7.5. plutôt fréquent

    • Grand > 8.5: 40 ans entre 1960 à 2000. En moyenne : 1/10 ans

    • Conditionne la connaissance de la terre

  • Global network of seismograph

    • Mw >4 : détecté par le réseau global approximativement 40-50 par mois, dans l’année : environ 500

    • petit 4-5 par heure

    • Moyen 5-6 par jour

    • Grand : par mois 7-8

    • Très grand, dizaine années

  • Anticorrélation entre la magnitude log et le nombre log

  • Les zones sismiques ne sont pas partout.

    • Zones sans séismes dans les plaques

    • Séismes répartis aux limites des plaques

    • Les plaques bougent, la plus grande vitesse est de 10 cm/year

    • Le mouvement vertical est beaucoup plus petit que le mouvement horizontal motion (<1cm/yr) : le mouvement est principalement horizontal

  • Pourquoi les séismes ? présence de frottement et absence de glissement

    • Accumule des contraintes, se déforme de façon élastique

    • Quand la déformation est très grande, la pression > résistance de la faille d’où la rupture

    • Quand la faille est plus grande, elle accumule plus de déformation et elle casse davantage

    • Explication de l’anti corrélation : petit et fréquent or …

    • Dépend aussi de la vitesse de la plaque

  • Il y a une loi qui permet de mesurer la déformation accumulée sur une faille

    • Arctan

    • On peut mesurer la déformation par les satellites

    • Précision : 1-3mm

  • GPS principe

    • Installation de marqueurs mobiles dans la roche et l’antenne GPS est au sommet : fournit plusieurs données dans une journée

    • La mesure est répétée ce qui permet de détecter le mouvement du point

    • Le coefficient directeur donne la vitesse

    • Il y a aussi des stations permanentes qui fournissent un point par jour.

  • ITRF international terrestrial reference frame of a given year

    • Le déplacement mesuré est très similaire à la moyenne des déplacements fournis par d’autres techniques.

    • Exceptions : petites plaques telles Arabia / India / South Am

      • Au premier ordre, cela fonctionne

      • Déviations : NUVEL 1 30 mm/years - GPS 20mm/yrs in Arabia

      • Les plaques ont changé de vitesse récemment

      • Ex : L’inde se déplace moins vite à cause de la collision.

  • GPS permet d’étudier les changements

    • Identifier les plus petites plaques : ex bloc de la sonde bouge vers l’est / Eurasie

    • Andes : on peut mesurer la déformation au sein de la chaîne andine (screw dislocation model)

    • Déviation par rapport au modèle : des endroits avec de grandes déformations et d’autres sans déformations

  • Permet de réestimer les dangers des séismes : une faille qui se déplace pas assez est en train d’accumuler de la déformation

  • La compression des Andes est hétérogène : patchwork d’endroits qui accumulent des déformations dues à la rugosité des failles = coefficient de couplage

  • Les plus grands séismes arrivent toujours dans les zones où le couplage est grand.

    • On sait où mais pas quand on évalue, on ne prédit pas

  • Mesures GPS pendant un séisme

    • On voit lorsque l’onde atteint la station de GPS, elle se déplace d’abord vers le sud, s’arrête, puis repart vers l’ouest.

    • 5m en quelques secondes, représente les 3cm/yrs accumulées depuis le dernier séisme.

  • Les séismes dans le milieu des plaques : Si on garde le stress mais que la résistance change dans la faille (moins de glace par exemple) il peut alors se produire un séisme.

Christophe Vigny

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Figure 10.  Christophe Vigny

L'exemple des Andes: le modèle ne correspond pas toujours aux déformations mesurées.


L'expansion océanique .

Mathilde Cannat, CNRS-Institut de Physique du Globe de Paris, France

Lien vers la vidéo https://www.youtube-nocookie.com/embed/crs9i7BORSs

  • Les dorsales >60000 km

  • Dorsales lentes >4cm/yr et dorsales rapides >8cm/yr

  • La vitesse de la plaque dépend de sa distance au pôle Eulérien.

  • 1962 Hess : ne savait pas que les dorsales étaient des zones volcaniques. Il pensait que la croûte était une forme de serpentinisation du manteau.

    • Volcanisme dû à la décompression du manteau.

    • 1972: modèle minéralogique et structural de la lithosphère océanique.

    • Quelle est la nature du manteau supérieur ? Capable par fusion partielle de générer environ 6km de croûte océanique.

    • 1973-1978 : tectonique au niveau de la dorsale => rift et extension

    • Dans le même temps : cheminée hydrothermale = courant convectif à l’axe de la dorsale

  • Les recherches aujourd’hui :

    • Les dorsales lentes forment des vallées entre -300 à -4000m

    • Les dorsales rapides sont des montagnes associées à du volcanisme +400m

  • Geomap App NSF

    • Seismic reflexion data : réflexion forte au niveau de la dorsale Pacifique : ce sont des lentilles de matière fondue et solide , pas réellement une chambre magmatique.

    • Dorsales lentes => beaucoup de séismes à petite magnitude. Plaque de 8 km environ. La profondeur de la transition ductile est environ 750°C.

  • les dorsales rapides :

    • Le courant passif du manteau “upwelling” sous la dorsale est juste suffisant pour assurer la fusion et remplir l’espace entre deux plaques. L’hydrothermalisme est très actif. les dorsales rapides présentent des séismes de faible magnitude révélant un hydrothermalisme actif.

  • Les dorsales lentes :

    • Exhumation passive du manteau par des failles extensives. Failles courbées. Serpentinites sont intrudées par des magmas.

  • Deux types de croûtes océaniques : en couche dans les dorsales rapides et en lentilles dans les dorsales lentes

  • Dorsales lentes avec un hydrothermalisme différent avec des précipités de Carbonates et de Magnésium.

Mathilde Cannat

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Figure 11.  Mathilde Cannat

Les deux types de dorsales.


Plaques tectoniques et séismes .

Jean-Philippe Avouac, California Institute of Technology, Pasadena, USA

https://www.youtube-nocookie.com/embed/z8iGwig1Lxk

  • Principe du sismomètre / phases d’un sismogramme

  • autres techniques : GPS – pendant et entre les séismes

  • images optiques et radar

  • Avouac , 2006, EPSL => les images satellites comparent les images avant et après un séisme. 85 km de rupture avec une confiance de 5 m.

  • Cinématique de la rupture => en une minute, 7.6 Mw : front de propagation de la rupture dépend de la friction

  • Modèle du patin sur un papier rugueux + ressort = glissement par à coup => mécanique des séismes. friction dynamique/ friction statique.

  • Maths

    • Moment sismique : aire * moyenne glissement * propriétés élastiques

    • Moment magnitude = log(moment)*coefficient

  • 1906 Montessus de Ballore établit la relation entre les failles et la sismicité et donnent les premières caractéristiques

  • séismes de grande profondeur => H Benioff and K Wadati. Plan 1949

  • L Sykes 1967 => les zones de fracture, zones dans le plancher océanique. Un grand nombre de séismes est associé à un cisaillement horizontal.

    • Les failles transformantes : le sens du mouvement démontre expansion.

  • La sismicité permet de faire une carte des limites de plaques mais aussi de la limite lithosphère/ asthénosphère et des zones de subduction .

  • Toutes les frontières de plaques ne sont pas égales pour produire des séismes. Certaines restent silencieuses. Temps? distribution ou localisation des séismes ?

  • 90% du danger est relatif aux zones de subduction.

  • Cycle des séismes important, n’est pas régulier

    • Hypothèses du temps qui sépare les grands séismes

    • Plus la vitesse d’une plaque est grande plus fréquent seront les séismes.

    • Pour estimer le maximum de magnitude on utilise les propriétés locales (température, structure, âge de la croûte océanique) . Si la CO est jeune et la convergence rapide => séismes importants.

  • Aujourd’hui : les causes sont toujours mal comprises car elles ne correspondent pas toujours aux hypothèses

  • Si on connaît la vitesse de convergence et l’histoire de la faille, on peut faire un modèle. Aire, vitesse de la plaque sont couplées

    • On peut calculer la fréquence théorique des séismes d’une magnitude donnée sur une faille

    • Réalité : nombre de séismes. Référence des séismes historiques et définition de la tendance.

  • GPS peut mesurer la vitesse de convergence des plaques. Il faut définir les zones de blocage

  • Amérique du Sud : la plaque chevauchante migre à la même vitesse que la plaque plongeante => système bloqué. S’il n’y a pas de mouvement, il n’y a pas de stress accumulé.

  • L’espace de temps restera un espace entre deux séismes.

  • La région de Sumatra: montre des signes de blocage quand on compare avec les récents séismes il y a une bonne correspondance. Quand le système est bloqué, il produit des séismes de grande amplitude

    • Les signes de blocages sont hétérogènes mais peuvent être mesurés par le GPS.

    • Calcul => magnitude de 9 tous les 200 yrs

    • Îles qui ont subi une surrection lors du dernier séisme. Il existe des coraux qui enregistrent la profondeur à laquelle ils se forment => enregistre la subsidence pendant la période de charge. Reconstruire le cycle sismique !

    • Processus irrégulier. Les phases intersismiques pendant lesquelles le stress augmente et la phase co-sismique pendant laquelle un morceau casse.

    • Répartition de ces morceaux vont déterminer le cycle : interaction entre les morceaux.

  • Himalaya

    • Taux de convergence environ 4cm/yr, un peu moins qu’avant.

    • Espace entre l’Inde et l’Asie => océan maintenant fermé

    • 88 Ma : collision avec un arc volcanique.

    • Convergence => modèle analogique de Malavielle.

    • Gaps sur the main frontal thrust: locks everywhere. Large deficit => Mw9 every 1000yrs.

    • Gorkha séisme 7.8 in 2015 : dans le bassin => fréquence des vibrations étaient assez lentes et pendant assez longtemps : ondes pigées dans le bassin.

    • Modélisations numériques pour prédire comment un séisme relativement faible (ex Gorkha) peut conduire à une nouvelle répartition des stress => prochain séisme peut débloquer toute la zone et être très destructeur.

Les conclusions de la conférence

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Figure 12.  Les conclusions de la conférence

Lien entre la surface et l'intérieur de la Terre .

Clinton P. Conrad, University of Oslo, Norway

lien vers la vidéo https://www.youtube-nocookie.com/embed/aPuLqiXci14

  • Diversité sur Terre : continents, océans, changement géologique. Les forces proviennent de l’intérieur de la Terre.

  • Comment la surface est-elle couplée à l’intérieur ?

  • La tomographie sismique nous donne aujourd’hui une image de l’intérieur

  • Pour avoir une image du passé, on utilise des modèles.

  • Un modèle est

    • Une représentation de processus physiques

    • Permet de comprendre

    • Testable d’une certaine manière

  • Exemple de la convection :

  • Le nombre de Rayleigh !!! qui mesure la vigueur de la convection mantellique. Sur Terre, Ra> 657 => convection. Terre 7.10^7 : convecte, et activement

  • Modélisation => conservation de la masse, du moment, de l’énergie.

  • Modèles de Stéphane Labrosse

    • Convection très active avec zones d'ascension et de plongée manteau

  • En symétrie sphérique :

    • Mesh => 2 morceaux emboîtés.

  • Simplifications et suppositions.

    • Affiner le maillage sur les zones de déformation

    • Supposition la rigidité des différentes couches.

    • Les plaques ; rigides mais comment ? pas assez, les plaques se déforment

    • Crameri and Tackley, 2016

    • Arnould and Coltice 2018 => comportement des plaques en surface

  • Visuellement, cela correspond

  • Frontière des plaques

  • Longueur et largeur

  • Temps

  • Taux de déformation

  • Migration des frontières de plaques

  • Type de frontière

  • Reconstruire la structure actuelle du manteau à partir de la tomographie

    • Upwelling au-dessus de la plaque Africaine LLSVP et du Pacifique

    • zones de subduction

  • Reconstituer le passé

    • Subduction pour la plupart est restée constante pendant 300 Myrs.

    • Les panaches remontent depuis LLSVPs (dense regions on the CMB) et sont stables sur un long terme.

    • Le modèle garde les caractéristiques quasi constantes :

      • Dans les zones subduction : slabs CMB poussent la matière vers the LLSVPs : quand il y en a trop accumulé alors se forme un panache.

      • Combien de temps ? aussi longtemps que le flux est stable

    • 2 zones d’ ascension :

      • Une en Afrique, une sous le Pacifique.

      • 200 Ma ago : Pangée était localisée sous une zone ascension à long terme.

  • Les modèles nous aident à comprendre les flux dans le manteau

    • Ils expliquent la tectonique des plaques

    • Les courants actuels dans le manteau

    • Challenge : expliquer le passé et prédire le futur.

Clint Conrand

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Figure 13.  Clint Conrand

le modèle de la convection mantellique


Plaques tectoniques et climat .

Gilles Ramstein, CEA-LSCE, Gif-sur-Yvette, France

lien vers la vidéo https://www.youtube-nocookie.com/embed/RKSZAl9d218

  • Wegener and Köppen se rencontrent et travaillent sur le climat .

  • Pourquoi y-t-il une tectonique sur Terre ? la régulation du taux de CO2.

    • position des plaques: quand elles sont près des tropiques, il y a pompage du CO2 à cause de la pluie

    • Quand les continents sont aux pôles : froid mais pas de pluie donc pas d’altération

    • rétrocontrôle permanent qui régule le climat

  • Plan

    • Pourquoi y-t-il eu la Terre boule de neige ? pourquoi c’est instable ?

    • La disparition d’une mer épicontinentale a des conséquences sur le climat

    • Création des chaines de montagne

  • Le cycle du CO2

    • Volcans sont des sources de CO2

    • L’altération chimique des silicates prélève du CO2, les trapps et la subduction prélèvent du CO2

    • Équilibre entre source et prélèvement

  • Wilson cycle ~500My

  • Exemple Rhodinia 800Ma à l’équateur

    • Pourquoi la Terre boule de neige apparaît ?

Réponse controversée mais le modèle inclus le climat, p CO2 et la tectonique

  • Le Supercontinent est à l’équateur et la température est 10°C. pCO2 = 1800ppm mais pas de glace.

  • 750Ma : division des continents

    • Réduction du CO2 500ppm => grand refroidissement

    • Les petites plaques restent dans la bande équatoriale

    • Supercontinent est au centre et il est très sec

    • Après division, il pleut partout

    • Pompage du CO2.

    d'où la cryogénie

  • Retrait d’une immense mer épicontinentale

    • Fermeture de la Téthys => énorme masse continentale => continental climat

    • Impact du retrait de la Téthys : pas seulement à cause du relief qui cause la mousson mais surtout par la fermeture d’un grand océan

    • Même expérience avec la paratéthys (méditerranée) : conduit à la désertification du Sahara. Lien très fort entre la fermeture de la paratéthys et la fin de la mousson en Afrique.

    • Effet de la précession (moustique sur un éléphant, mais quand même) : cycle of 20 ky qui perturbe un peu ce système.

    • Conséquences sur la lignée humaine : Toumaï dans une région très aride.

    • Afrique pendant la fermeture de la téthys très contrôlé par la précession => périodes ou toute l’Afrique est arrosée, et des moments ou seul l’est du rift l’est.

    • Pendant les périodes de mousson au Tchad = grand lac. Mais temporaire et a contrôlé les migrations humaines.

  • Élévation des montagnes : ex le plateau tibétain.

    • Élévation des montagnes ou albédo : effets contraires

    • Mousson contrôlée par la barrière topographique

    • Collision arrive dans les tropiques il y a 50 Ma

    • Pas de poussée vers le Nord

    • Localisation des montagnes à l’équateur, maintenant aux subtropiques.

    • Interaction avec la mousson était faible au début de la subduction mais augmente avec la migration et entraîne la désertification de la Chine.

    • Pas seulement un soulèvement mais système qui évolue dans le temps et l’espace.

  • Aujourd’hui : AMOC est très important (=circulation dans l’Atlantique)

    • Si on,enlève le plateau Tibétain => PMOC devient plus important (=circulation dans le Pacifique)

  • L’impact climatique du rift Africain

    • Simulation : no rift / little rift / rift

    • Sepulcher et al., science 2016

    • Change de végétation => conséquences sur le climat.

les interactions hydrosphère et relief

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Figure 14.  les interactions hydrosphère et relief

l'exemple du plateau tibétain


Enjamber le rift: la construction du pont Rion-Antirrion imposée par la répartition des séismes .

Akis Panagis, Structural Department of Rion Antirrion Bridge, Patras, Greece

lien vers la vidéo https://www.youtube-nocookie.com/embed/f4peNPx2m0A

  • Pont dans l’Ouest du Péloponnèse dans une zone de rift donc très sismique.

    • 2.2 km continue de pylônes au dessus de la mer.

    • 65m d’eau , profondeur 500 m et pas de base rocheuse.

    • Mouvement tectonique environ ~2cm/yrs

    • Vent violent.

  • Décris le mouvement => accéléromètre, sismomètre

    • Comment une structure est affectée par un séisme ?

    • La réponse dépend de la solidité de la structure

  • Analyse du site du Golfe de Corinthe

    • Identifier les sources sismiques à cet endroit .

    • Failles qui produisent des séismes de Mw 6.5 juste à côté.

    • Pylônes / piliers => Comment peuvent-ils supporter le changement de masse ?

    • Amplification des vibrations au sommet des pylônes

  • Il nous explique les différentes parties du pont et comment elles répondent à ces contraintes

  • Pieds des pylônes, Milieu des pylônes, Tête des pylônes, Pont lui-même, soutenu que par les câbles

  • Structures aux extrémités du pont (relié au continent) : qui absorbent les variations thermiques, mais aussi capables d’absorber des mouvements dans toutes les directions de l’espace.

  • Amortisseurs hydrauliques entre le pont et les piliers : bloqué pour ne pas se fatiguer lors des grands vents mais capables de se débloquer en cas de séisme

  • Le béton confiné peut accepter des déformations plus grande que le béton normal.

  • Faire en sorte d’absorber l’énergie dans des dommages contrôlés pour ne pas que la structure entière casse

  • + monitoring permanent de la structure

    • Vidéo of an earthquake 2008: validate the structure but… whaou ! impressive !

le pont de Rion Antirrion

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Figure 15.  le pont de Rion Antirrion

Pont à haubans d'une longeur de 2.8 km et d'une hauteur de 160 m


Le devenir des formes des plaques tectoniques.

Nicolas Coltice, École Normale Supérieure, Paris, France

lien vers la vidéo https://www.youtube-nocookie.com/embed/qd_7DfUKwYc

  • Expérience sur les mécanismes au foyer

  • Places où les plaques tectoniques travaillent : montagnes, rifts like rift valley

  • Geosciences 3D ressources Lyon1

  • Data + théorie + cooking => modèle

Les données:

  • Manque de données (ex: âge max des océans = 180Ma).

  • Donne des informations sur l’intérieur de la Terre : tomographie: tirer le slab vers la surface et reconstruire la position du slab en surface.

    • tomographies incertaines et hypothèses de la verticalité

    • Reconstruction de la paléogéographie

      • Dans le passé : il peut y avoir eu des subductions mais pas forcément aux limites océan/continent.

      • Nette rotation de toutes les plaques vers l’ouest (pb de référence)

      • LLSVP : présentes avec la même forme depuis longtemps :

  • Sorte de référence pour tout le système

  • Les panaches viennent des côtés, c’est relativement stable

  • Prendre les LIP (large igneous provinces) comme marqueur des anciens points chauds.

  • Ainsi, nous avons une référence.

Modification de la théorie:

  • Les plaques ne sont pas parfaitement rigides

  • Frontière des plaques et modèle mécanique.

  • Modèle des failles transformantes de Taras Gerya (2013) : développement des failles passe par une déformation diffuse avant de se localiser.

  • Forces : impose la structure des plaques à la surface + propriétés mécaniques + champ de flottabilité

    • Courant dans le manteau et sa vitesse, correspond bien avec l’ancien modèle.

    • Dans les endroits où les déformations sont diffuses, c’est une amélioration de la théorie.

    • + 3D vision de l’intérieur de la Terre

  • Contrôler par les plaques et le manteau : probablement les deux, c’est complexe mais ne pas faire de réduction. Quand le problème est complexe, une vue réductionniste peut faire passer à côté de la vérité

  • Progrès dans la modélisation numérique qui permet de faire un couplage complet entre la surface et la profondeur

    • Permet de voir des choses qu’on n’avait jamais imaginées avant

    • Virtual earth

  • On essaie de faire correspondre les observations avec les modèles

Nicolas Coltice

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Figure 16. Nicolas Coltice

Modèle des failles transformantes de Taras Gerya (2013) : le développement des failles passe par une déformation diffuse


Les données satellitales appliquées à la tectonique des plaques.

remplace Francesco Sarti, ESA, Frascati, Italy

lien vers la vidéo https://www.youtube-nocookie.com/embed/HOIurUmsOlE

  • Les observations de la Terre depuis l’espace permettent de comprendre les plaques tectoniques.

  • Technique pour surveiller les mouvements => satellites

  • 5 satellites

    • Sentinel 1 mission SAR mission (interférométrie radar)

      • Glace et région marine

    • Optical high resolution

  • GNSS Global Navigation Satellite System

    • GPS, Galileo, Glonass, Compass

    • Galileo : 24 satellites peuvent travailler avec les autres systèmes

    • Mesures statiques et dynamiques

    • Ce sont des mesures point par point et non une vue globale

  • Couple GNSS et les données d’observation peuvent fusionner.

  • DEM (digital elevation models) et interferometry enregistre en comparant 2 images => topographie dynamique cm précision

    • Mm de précision depuis l’espace !

    • inSAR interferometry permet de faire des cartes continues de déplacement dans certaines régions (différent des stations GPS ponctuelles)

    • Ismit séisme 1999 => permet d’imager les déplacements autour d’une faille qui a subi des changements lors d’un séisme.

    • Mais on peut aussi mesurer les déformations intersismiques

    • Déplacement de l’Etna mesuré par InSAR or Santorini.

  • Autres méthodes SLR and VLBI

les nouvelles technologies

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Figure 17.  les nouvelles technologies

déplacement lors du séisme Ismit en 1999 à l’aide de la technique inSAR interferometry


Les ateliers

Deux ateliers ont été proposés durant la cession

Atelier proposé par Jean-Luc Beranguer.

Professeur de SVT au lycée de Valbonne, comité de l'éducation EGU.

Une succession de petites expériences possibles pour des élèves entre 11 et 17ans qui permettent de mieux comprendre le déplacement des plaques comme par exemple:

  • puzzle de plaques: découpage et déplacement des 6 plaques.

  • 2 balles de mêmes formes rondes, même diamètre, même consistance en surface mais de densité clairement différente avec un centre pour l'une d'elle plus lourd ou plus léger pour la notion de densité

  • 8 personnes qui se tirent et 8 qui se poussent, la traction est plus grande que la poussée, illustre la traction au niveau des zones de subduction .

Atelier proposé par Chris King.

Professeur émérite en Sciences de la Terre; Keele University UK, comité de l'éducation EGU.

Vous trouverez sur le site suivant de nombreuses activités possibles pour des élèves allant du primaire jusqu'au lycée sur le thème des géosciences. https://www.earthlearningidea.com

Certaines d'entre elles nous été proposés pendant l'atelier.

D'autres ressources pour enseigner les Sciences

Quelques sites recommandés

Planet Press

Bárbara Ferreira, EGU Media and Communications Manager

Lien vers la vidéo https://www.youtube-nocookie.com/embed/LY6MCKGa21c

ENVRIplus e-learning platform

Giuliana D’Addezio and Marina Longhitani, INGV, Rome, Italy

lien vers la vidéo https://www.youtube-nocookie.com/embed/HlA3NYsPErA

SCIENTIX and europeana: Online resources to teach Earth sciences

Teresita Gravina, EGU Committee on Education

Lien vers la vidéo https://www.youtube-nocookie.com/embed/IbsYEm2Us68

Les posters

EGU est avant tout une rencontre de chercheurs du monde entier qui participent eux aussi à de très nombreuses conférences programmées pour ces journées. Ils sont également présents pour exposer leur poster; donnant la possibilité de partager quelques aspects de leurs travaux.

les posters des chercheurs

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Figure 18.  les posters des chercheurs

9432 posters ont été exposés lors de la cession 2019 répartis en quatre immenses salles


Les professeurs ont également eu l'opportunité de réaliser des posters lors de cette cession. En voici quelques uns.

Le poster d'Alice et Simon, professeurs de SVT dans un lycée international en Espagne

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Figure 19.  Le poster d'Alice et Simon, professeurs de SVT dans un lycée international en Espagne

Leur poster présente une sortie géologique avec les classes de première S


Le poster de Nathalie, professeure de SVT académie de LYON.

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Figure 20.  Le poster de Nathalie, professeure de SVT académie de LYON.

Son poster présente le projet Erasmus plus auquel elle a participé.


Mon poster

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Figure 21.  Mon poster

Le poster présente une expérience de classe inversée pour la classe de Terminale S : datation au Rubidium-Strontium publié sur le site GOLAB https://www.golabz.eu/ils/datation-d-une-roche-au-rubidium-strontium


En conclusion

Ces journées ont été un incroyable moment de réactualisation et d'enrichissement des connaissances. Elles ont également permis des échanges très fructueux entre les professeurs de toutes nationalités, avec des chercheurs et une rencontre mémorable avec M le PICHON.