Sciences de la vie et de la Terre · 4ème · La dynamique interne de la Terre · 1er Trimestre

Convergence: subduction et collision

Les élèves examinent les zones de convergence, la formation des chaînes de montagnes et les fosses océaniques.

• Programmes Officiels
• MEN: Cycle 4 - La planète Terre, l'environnement et l'action humaine
• MEN: Cycle 4 - Expliquer les paysages à partir de la dynamique interne

À propos de ce thème

Les zones de convergence sont les lieux où les plaques se rapprochent. Deux scénarios principaux se présentent. Dans la subduction, une plaque océanique dense plonge sous une autre plaque, créant une fosse océanique profonde, un arc volcanique et une activité sismique intense. Dans la collision, deux plaques continentales de densité similaire s'affrontent, formant de grandes chaînes de montagnes comme les Alpes ou l'Himalaya.

Ce chapitre permet de comprendre la formation des reliefs les plus spectaculaires de la planète et les risques naturels qui y sont associés. L'exemple des Alpes est particulièrement pertinent pour les élèves français, car il illustre la collision entre la plaque africaine et la plaque eurasiatique. Les élèves doivent saisir que le même moteur (la convection mantellique) produit des phénomènes différents selon la nature des plaques impliquées. Les activités de modélisation et l'analyse de coupes géologiques sont essentielles pour visualiser ces processus tridimensionnels.

Questions clés

1. Distinguez les mécanismes de subduction et de collision continentale.
2. Expliquez la formation des volcans et des séismes dans les zones de subduction.
3. Analysez les preuves géologiques de la collision des plaques continentales.

Objectifs d'apprentissage

• Comparer les caractéristiques des zones de subduction et de collision continentale.
• Expliquer le lien entre la subduction des plaques et la formation des arcs volcaniques et des séismes.
• Analyser les indices géologiques qui témoignent de la collision entre deux plaques continentales.
• Distinguer les reliefs formés par subduction (arcs insulaires, chaînes volcaniques) de ceux formés par collision (grandes chaînes de montagnes).

Avant de commencer

La tectonique des plaques

Pourquoi : Les élèves doivent avoir une compréhension de base des plaques tectoniques, de leur mouvement et des forces qui les animent pour aborder les zones de convergence.

La composition et la structure de la Terre

Pourquoi : La connaissance des différentes couches terrestres (croûte, manteau) et de leurs propriétés (densité, température) est essentielle pour comprendre pourquoi une plaque plonge sous une autre.

Vocabulaire clé

Subduction	Processus où une plaque tectonique, généralement océanique, plonge sous une autre plaque. Elle est responsable de la formation des fosses océaniques et des arcs volcaniques.
Collision continentale	Confrontation de deux plaques continentales qui, du fait de leur faible densité, ne peuvent pas s'enfoncer dans le manteau et provoquent un épaississement de la croûte terrestre et la formation de montagnes.
Fosse océanique	Longue dépression sous-marine formée à l'endroit où une plaque tectonique plonge sous une autre lors d'une subduction.
Arc volcanique	Chaîne de volcans formée au-dessus d'une zone de subduction, résultant de la fusion de la roche du manteau due à la libération d'eau par la plaque plongeante.
Plis et failles	Déformations de la roche causées par les forces tectoniques. Les plis sont des courbures et les failles sont des cassures accompagnées d'un déplacement.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

Les montagnes grandissent indéfiniment lors d'une collision.

Ce qu'il faut enseigner à la place

L'érosion (pluie, gel, glaciers) s'oppose en permanence à la surrection. Les Alpes grandissent d'environ 1 mm par an mais perdent autant par érosion. C'est l'équilibre entre ces deux forces qui détermine l'altitude. Comparer des montagnes jeunes (Himalaya) et anciennes (Massif central) illustre ce point.

Idée reçue courante

La subduction détruit toute la plaque océanique.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La plaque plongeante est partiellement recyclée dans le manteau, mais elle peut aussi subir un métamorphisme et ses sédiments peuvent s'accumuler en prisme d'accrétion. L'analyse de schémas de zones de subduction aide à comprendre le devenir varié du matériel plongeant.

Idées d'apprentissage actif

Modélisation analogique : Subduction en pâte à modeler

Les élèves superposent des couches de pâte à modeler de densités différentes (une plaque océanique fine et dense, une plaque continentale épaisse et légère). Ils poussent les deux plaques l'une vers l'autre et observent comment la plaque la plus dense plonge sous l'autre.

45 min·Petits groupes

Étude de cas: Les Alpes, une collision en cours

Les élèves analysent des coupes géologiques simplifiées des Alpes montrant des roches plissées, des nappes de charriage et des ophiolites (vestiges d'anciens fonds océaniques). Ils reconstituent l'histoire géologique en identifiant les indices de la fermeture d'un ancien océan.

50 min·Binômes

Cartographie comparative : Fosses et chaînes de montagnes

À partir de cartes topographiques et bathymétriques, les élèves localisent les grandes fosses océaniques et les chaînes de montagnes. Ils les classent selon le type de convergence (subduction ou collision) et identifient les risques associés à chaque zone.

40 min·Petits groupes

Penser-Partager-Présenter: Subduction ou collision ?

L'enseignant propose plusieurs situations (Andes, Himalaya, Japon, Alpes). Chaque élève détermine le type de convergence, puis compare en binôme. La discussion dégage les critères de distinction : présence de volcans (subduction) ou absence de volcanisme actif (collision).

25 min·Binômes

Liens avec le monde réel

• Les géologues travaillant pour des instituts comme le BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières) étudient les zones de collision pour comprendre la formation des Alpes et évaluer les risques sismiques et d'éruptions volcaniques dans des régions comme l'Indonésie ou le Japon.
• Les ingénieurs civils doivent prendre en compte la sismicité des zones de subduction lors de la construction d'infrastructures critiques, comme les centrales nucléaires près de la côte Pacifique du Japon ou les ponts dans des régions montagneuses sujettes aux séismes.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Distribuez une image représentant soit une zone de subduction, soit une zone de collision. Demandez aux élèves d'écrire deux phrases pour identifier le type de convergence et expliquer une conséquence géologique visible sur l'image.

Vérification rapide

Posez les questions suivantes au tableau : 'Qu'est-ce qui différencie une plaque océanique d'une plaque continentale en termes de densité ?' et 'Citez un exemple de chaîne de montagnes formée par collision.' Observez les réponses écrites rapidement par les élèves sur une feuille.

Question de discussion

Lancez une discussion en demandant : 'Pourquoi la subduction crée-t-elle des volcans alors que la collision continentale n'en crée généralement pas ?' Encouragez les élèves à utiliser le vocabulaire clé pour argumenter leurs réponses.

Questions fréquentes

Pourquoi la plaque océanique plonge-t-elle sous la plaque continentale ?

La croûte océanique (basalte, gabbro) est plus dense que la croûte continentale (granite). De plus, en s'éloignant de la dorsale, la plaque océanique se refroidit et s'alourdit, ce qui favorise son plongement dans le manteau chaud et moins dense. C'est une question de densité.

Comment les ophiolites prouvent-elles une ancienne subduction ?

Les ophiolites sont des fragments de croûte océanique retrouvés au sommet des montagnes. Leur présence dans les Alpes prouve qu'un ancien océan existait entre l'Afrique et l'Europe. Sa fermeture par subduction, puis la collision, les a portées en altitude.

Pourquoi les volcans sont-ils présents dans les zones de subduction mais pas dans les zones de collision ?

Dans une zone de subduction, la plaque plongeante libère de l'eau en s'enfonçant. Cette eau abaisse le point de fusion des roches du manteau sus-jacent, produisant du magma. Dans une collision entre deux plaques continentales, ce mécanisme de fusion n'opère pas.

Pourquoi la modélisation est-elle indispensable pour étudier la convergence ?

Les zones de convergence impliquent des processus se déroulant sur des centaines de kilomètres de profondeur et des millions d'années. En reproduisant ces mouvements avec de la pâte à modeler ou des schémas en coupe, les élèves rendent visible ce qui est normalement inaccessible et ancrent leur compréhension des mécanismes tridimensionnels.