Comprendre l'expansion océanique
Le fond des océans n'est pas figé. Au niveau des dorsales océaniques, longues chaînes de reliefs sous-marins, du magma remonte, se refroidit et forme du basalte, une roche volcanique. Cette roche s'ajoute au plancher océanique, qui s'écarte de part et d'autre de la dorsale. Ce phénomène s'appelle l'expansion océanique.
Les grandeurs à connaître
- Distance à la dorsale : distance entre un lieu de prélèvement et l'axe de la dorsale, lue sur une carte.
- Âge de la roche : très faible à l'axe de la dorsale, il augmente quand on s'en éloigne. Il s'exprime en millions d'années (Ma).
- Demi-vitesse d'expansion : vitesse à laquelle le plancher s'éloigne de l'axe, d'un seul côté.
- Vitesse totale d'expansion : vitesse à laquelle les deux côtés s'écartent l'un de l'autre.
Méthode de calcul
- Relever la distance d'un site à l'axe de la dorsale.
- Relever l'âge de la roche de ce site.
- Calculer la demi-vitesse : demi-vitesse = distance ÷ âge.
- Convertir si besoin dans l'unité demandée.
- Calculer la vitesse totale : vitesse totale = 2 × demi-vitesse.
Pour les unités, retiens que 1 km = 1 000 000 mm et que 1 Ma = 1 000 000 ans. Donc 1 km/Ma = 1 mm/an. Comme 10 mm = 1 cm, on a aussi 10 mm/an = 1 cm/an.
Exemple concret
Un basalte prélevé à 600 km de l'axe d'une dorsale a un âge de 24 Ma.
- Demi-vitesse : 600 ÷ 24 = 25 km/Ma, soit 25 mm/an ou 2,5 cm/an.
- Vitesse totale : 2 × 2,5 = 5 cm/an.
Si la vitesse est régulière, un basalte situé à 300 km de l'axe a donc 300 ÷ 25 = 12 Ma. La distance et l'âge sont proportionnels.
Un piège à éviter
Beaucoup d'élèves divisent la distance entre deux sites placés de part et d'autre de la dorsale par l'âge de ces roches. Ils obtiennent alors la vitesse totale, mais croient avoir la demi-vitesse. Or chaque roche s'est éloignée de l'axe sur une seule moitié de cette distance. Avant de diviser, demande-toi toujours : « cette distance est-elle mesurée depuis l'axe, ou entre deux sites opposés ? ».
Autre précision : la vitesse calculée est celle du déplacement du plancher océanique, pas celle du magma qui remonte. Elle est très lente, de l'ordre de quelques centimètres par an. Elle varie selon les dorsales : plus faible dans l'Atlantique que dans le Pacifique.
Données pédagogiques simplifiées. Rappel : vitesse = distance ÷ durée, et 1 km/Ma = 1 mm/an.
Exercice 1 : une série de prélèvements
Sur le côté ouest d'une dorsale, quatre échantillons de basalte ont été prélevés.
| Site | Distance à l'axe (km) | Âge (Ma) |
|---|---|---|
| A | 40 | 2 |
| B | 100 | 5 |
| C | 180 | 9 |
| D | 300 | 15 |
- Calcule la demi-vitesse pour chaque site, en km/Ma.
- Que constates-tu ? Que peux-tu en déduire sur la régularité de l'expansion ?
- Exprime cette demi-vitesse en mm/an, puis en cm/an.
- Calcule la vitesse totale d'expansion en cm/an.
Exercice 2 : prévoir un âge ou une distance
On suppose la même dorsale, avec une demi-vitesse constante de 20 km/Ma, et une expansion symétrique.
- Quel âge attend-on pour un basalte situé à 420 km de l'axe ?
- À quelle distance de l'axe trouve-t-on un basalte de 12 Ma ?
- Un basalte situé à 240 km de l'axe, du côté est, a-t-il le même âge que celui de la question 2 ? Justifie.
- Quelle distance sépare les deux basaltes de 12 Ma, de part et d'autre de l'axe ? Vérifie avec la vitesse totale.
Exercice 3 : repérer une erreur
Sur une autre dorsale, deux sites sont situés de part et d'autre de l'axe. Ils sont distants de 1 800 km l'un de l'autre et ont tous deux 30 Ma. Un élève écrit : « 1 800 ÷ 30 = 60 km/Ma, donc la demi-vitesse est de 60 mm/an ».
- Quelle grandeur l'élève a-t-il réellement calculée ?
- Calcule la vraie demi-vitesse en km/Ma puis en mm/an.
- Donne la vitesse totale en cm/an.
- Avec cette vitesse totale, de combien les deux côtés s'écartent-ils en 1 000 ans ? Donne le résultat en mètres.
Correction complète
Exercice 1 : correction
- Site A : 40 ÷ 2 = 20 km/Ma. Site B : 100 ÷ 5 = 20 km/Ma. Site C : 180 ÷ 9 = 20 km/Ma. Site D : 300 ÷ 15 = 20 km/Ma.
- Les quatre valeurs sont identiques. La distance est proportionnelle à l'âge, donc l'expansion est ici régulière, à vitesse constante.
- Comme 1 km/Ma = 1 mm/an, 20 km/Ma = 20 mm/an. Avec 10 mm = 1 cm, on obtient 2 cm/an.
- Vitesse totale = 2 × 2 = 4 cm/an.
Exercice 2 : correction
- Âge = distance ÷ demi-vitesse = 420 ÷ 20 = 21 Ma.
- Distance = demi-vitesse × âge = 20 × 12 = 240 km.
- Oui. Le basalte à 240 km côté est a le même âge, 12 Ma : 240 ÷ 20 = 12 Ma. L'expansion est symétrique, donc deux roches équidistantes de l'axe se sont formées en même temps.
- Les deux basaltes sont séparés de 240 + 240 = 480 km. Vérification : vitesse totale = 2 × 20 = 40 km/Ma, et 40 × 12 = 480 km. Les deux méthodes concordent.
Exercice 3 : correction
- L'élève a divisé la distance entre les deux sites par l'âge. Il a donc calculé la vitesse totale d'expansion (60 km/Ma), pas la demi-vitesse.
- Chaque site est à 1 800 ÷ 2 = 900 km de l'axe. Demi-vitesse = 900 ÷ 30 = 30 km/Ma, soit 30 mm/an.
- Vitesse totale = 2 × 30 = 60 mm/an, soit 6 cm/an. Cela confirme que la valeur de l'élève (60 mm/an) était la vitesse totale et non la demi-vitesse : son unité est correcte, c'est la grandeur qui était mal identifiée.
- En 1 000 ans, l'écart augmente de 60 mm/an × 1 000 ans = 60 000 mm, soit 60 m.