60 exercices pour t'entraîner sur La convergence lithosphérique et les chaînes de montagnes en Tᴱ, du QCM à la démonstration. 20 corrigés en détail ci-dessous. Revoir le cours.
La convergence lithosphérique désigne avant tout :
C
La convergence, c'est le rapprochement de deux plaques. À la frontière, ce rapprochement se traduit par un raccourcissement horizontal et un épaississement crustal. Si tu as répondu A, tu as décrit la divergence (l'inverse, aux dorsales) ; la réponse B décrit une frontière transformante (coulissage). Astuce : converger = aller l'un vers l'autre, comme deux routes qui se rejoignent.
Une couche de roche qui s'est courbée sans se rompre, formant une ondulation continue, s'appelle :
D
Un pli est une déformation continue : la roche s'est courbée sans casser (comportement ductile). Une faille, au contraire, est une déformation discontinue : la roche s'est rompue et les blocs ont glissé. Si tu as répondu A, tu as inversé continu et discontinu. Retiens le couple : pli = courbé, faille = cassé.
En contexte de convergence, on observe des failles inverses. Dans une faille inverse, le compartiment supérieur :
A
Dans une faille inverse, le compartiment supérieur monte et chevauche l'autre : c'est la signature d'un raccourcissement, donc d'une compression. Si tu as répondu B, tu as décrit une faille normale, marqueur d'extension (l'inverse exact, comme dans un rift). Mémo : inverse = on raccourcit, le toit grimpe ; normale = on étire, le toit s'effondre.
Lors d'une subduction, quelle lithosphère s'enfonce sous l'autre ?
B
C'est la lithosphère océanique qui plonge, parce qu'en refroidissant elle est devenue plus dense que le manteau sous-jacent. La lithosphère continentale, faite de granite léger, est trop peu dense pour subduire durablement. Si tu as répondu A, attention : la croûte continentale est justement la moins dense. Si tu as répondu D, retiens que ce n'est ni la taille ni l'âge en soi qui décident, mais la densité.
Quel marqueur de surface signale l'endroit où une plaque océanique commence à plonger dans le manteau ?
C
La plongée de la plaque creuse une dépression allongée et très profonde : la fosse océanique, qui marque les points les plus bas du globe (la fosse des Mariannes dépasse 11 km). Si tu as répondu A, tu as confondu avec une zone de divergence (les dorsales fabriquent de la lithosphère, elles n'en consomment pas). La fosse, elle, est le sceau visible de la subduction.
L'andésite est une roche caractéristique des zones de subduction. Elle est :
D
L'andésite est une roche volcanique : le magma de subduction arrivé en surface refroidit vite, ce qui ne laisse pas le temps aux cristaux de grossir. Si tu as répondu A, tu as décrit un granitoïde, issu du même magma mais cristallisé lentement en profondeur. Seule la profondeur de cristallisation distingue les deux. Mémo : l'andésite tire son nom des Andes, où elle est partout.
La collision continentale met en jeu deux lithosphères continentales, après disparition complète de la lithosphère océanique qui les séparait.
A
C'est vrai. La collision est la suite logique d'une subduction : d'abord l'océan se ferme par subduction, puis les deux continents arrivent face à face. Trop peu denses pour plonger, ils se déforment intensément (plis, chevauchements, nappes). Si tu as répondu Faux, tu confonds peut-être collision et subduction : la subduction concerne une lithosphère océanique qui plonge, la collision deux croûtes continentales qui s'affrontent.
Lors du métamorphisme, la roche fond complètement avant de recristalliser en nouveaux minéraux.
B
C'est faux. Le métamorphisme se fait à l'état solide : les minéraux se réorganisent et de nouveaux apparaissent, mais la roche ne devient jamais liquide. Dès qu'il y a fusion, on quitte le métamorphisme : la fusion partielle s'appelle l'anatexie et donne des migmatites. Si tu as répondu Vrai, retiens la frontière : métamorphisme et magmatisme sont séparés par le solidus (la température de début de fusion).
L'isostasie compare l'équilibre d'une chaîne de montagnes sur l'asthénosphère à un iceberg flottant sur l'eau : plus la croûte est épaisse, plus elle s'enfonce, mais plus elle dépasse aussi en altitude.
A
C'est vrai. L'isostasie est un équilibre de flottaison : la lithosphère, peu dense, flotte sur l'asthénosphère plus dense. Comme un iceberg dont 90 % du volume est immergé, une chaîne possède une racine crustale plusieurs fois plus épaisse que son relief émergé. Si tu as répondu Faux, souviens-toi qu'une montagne est bien plus enfoncée vers le bas qu'élevée vers le haut.
Sous une plaine (croûte continentale d'épaisseur normale), à quelle profondeur se situe approximativement le Moho, la limite entre la croûte et le manteau ? Réponds en kilomètres.
30 km
Sous une plaine, le Moho se trouve vers 30 km de profondeur. Sous une chaîne de montagnes, en revanche, il s'enfonce bien plus bas (50, voire 70 km) à cause de la racine crustale. Si tu as répondu 70, tu as donné la valeur sous une chaîne, pas sous une plaine. Garde ces deux repères en tête : 30 km en zone calme, jusqu'à 70 km sous un orogène épaissi.
En géologie, le terme orogène désigne :
B
Un orogène est une chaîne de montagnes : ce n'est pas un simple tas de roches, mais l'expression de surface d'une croûte continentale anormalement épaisse, comprimée latéralement par la convergence. Si tu as répondu A, tu as pensé à une frontière divergente (là où on fabrique de la lithosphère), l'exact opposé. La réponse C décrit un marqueur de subduction, pas la chaîne elle-même ; la D décrit un contexte d'extension. Mémo : orogène = « genèse (genèse) d'un relief (oro-) », donc montagne.
Sous une chaîne de montagnes, la croûte continentale s'enfonce dans le manteau et le Moho descend bien plus bas que sous une plaine : c'est la racine crustale.
A
C'est vrai. La croûte continentale, comprimée, s'épaissit ; comme elle est moins dense que le manteau, elle s'y enfonce. Sous une plaine, le Moho est vers 30 km ; sous une chaîne, il peut descendre à 50, voire 70 km. Idée contre-intuitive à retenir : pour 1 km de relief visible, il y a plusieurs kilomètres de croûte enfoncée invisible. Cette flottaison, tu la retrouveras sous le nom d'isostasie. Si tu as répondu Faux, tu imaginais peut-être une montagne « posée » sur le manteau, sans racine : c'est justement l'erreur que corrige la notion de racine crustale.
Un granitoïde (granite, granodiorite) issu du magmatisme de subduction est une roche :
C
Le granitoïde est une roche plutonique : le magma de subduction qui cristallise lentement en profondeur laisse le temps aux cristaux de grossir, d'où une texture à gros grains. Si tu as répondu A, tu as décrit l'andésite, qui provient du même magma mais refroidi vite en surface (petits cristaux). Retiens la logique générale : volcanique et plutonique partagent une origine magmatique commune ; seule la vitesse de refroidissement (donc la profondeur de cristallisation) les distingue. La présence de granitoïdes anciens dans un massif trahit une subduction passée.
Le plan de Wadati-Benioff est défini par :
B
En s'enfonçant, la plaque plongeante reste rigide et froide : elle casse et déclenche des séismes de plus en plus profonds. En reportant leurs foyers sur une coupe, on obtient un plan incliné, le plan de Wadati-Benioff, qui dessine la géométrie de la plaque enfouie jusqu'à environ 700 km. C'est, littéralement, la radiographie de la subduction. Si tu as répondu A, tu as confondu avec le Moho ; la profondeur des séismes, elle, va bien au-delà de la croûte. Mémo : Wadati-Benioff = les séismes qui « plongent » avec la plaque.
Sous une chaîne de montagnes à racine crustale très marquée, comme l'Himalaya, à quelle profondeur maximale environ peut descendre le Moho ? Réponds en kilomètres.
70 km
Sous les plus fortes racines crustales, le Moho peut descendre jusqu'à environ 70 km — c'est le cas sous l'Himalaya, où la croûte est épaissie par la collision Inde-Asie. Garde en tête les deux repères qui encadrent la question : 30 km sous une plaine, jusqu'à 70 km sous un orogène épaissi. Si tu as répondu 30, tu as donné la valeur d'une croûte normale, pas d'une croûte à racine. Cet enfoncement du Moho, mesuré par les ondes sismiques, est l'indice quantitatif de l'épaississement crustal.
Le métamorphisme est :
B
Le métamorphisme transforme la roche à l'état solide : ses minéraux se réorganisent, de nouveaux apparaissent, stables dans les nouvelles conditions de pression et de température, sans que la roche fonde. C'est le piège classique n°5 : dès qu'il y a fusion, on quitte le métamorphisme (la fusion partielle s'appelle anatexie). Si tu as répondu A, tu as franchi cette frontière, marquée par le solidus. Retiens : une roche métamorphique est un enregistreur solide des conditions profondes qu'elle a traversées.
Trouver sur le terrain une couche de roches anciennes reposant par-dessus une couche plus récente est la signature d'une nappe de charriage, donc d'un raccourcissement tectonique.
A
C'est vrai. Normalement, les couches sédimentaires se déposent avec la plus ancienne en bas : trouver l'ancien au-dessus du récent est une anomalie qui ne s'explique que par un transport tectonique horizontal de grande ampleur. Un panneau de roches poussé sur plusieurs dizaines de kilomètres est une nappe de charriage, marqueur spectaculaire de la collision. C'est exactement ce que lit Salma sur une carte du Rif : ce n'est pas une erreur d'impression, mais la trace d'une nappe. Mémo : ancien sur récent = quelque chose a chevauché, donc compression.
Deux plaques convergent à la vitesse constante de 5 cm/an. De combien de kilomètres se rapprochent-elles en 1 million d'années ? Réponds en kilomètres.
50 km
Il faut multiplier la vitesse par la durée, puis convertir : . Or . Le mouvement des plaques, imperceptible à l'échelle humaine (quelques centimètres par an), devient colossal à l'échelle des temps géologiques : 50 km par million d'années. Si tu as trouvé 5, tu as oublié de convertir les centimètres en kilomètres. Mémo : 1 cm/an ≈ 10 km par million d'années — un repère précieux pour toutes les estimations de convergence.
Lorsqu'une roche métamorphique commence à fondre partiellement en profondeur, au cœur d'une chaîne de collision (phénomène appelé anatexie), la roche mixte obtenue s'appelle :
B
La migmatite est une roche mi-métamorphique mi-fondue : elle marque le passage du métamorphisme au magmatisme, dans les zones les plus profondes et les plus chaudes d'une chaîne. Si tu as répondu A, l'andésite est bien un produit magmatique, mais elle vient du magmatisme de subduction (fusion hydratée du manteau), pas de l'anatexie d'une roche continentale. Le schiste bleu (C) est au contraire un marqueur de haute pression / basse température (subduction froide), et l'ophiolite (D) un fragment d'océan disparu. Mémo : anatexie franchie → migmatite → au-delà, magma.
Le Haut Atlas et le Rif doivent leur relief au rapprochement de deux plaques. Lesquelles ?
B
Le Haut Atlas et le Rif sont nés du rapprochement de l'Afrique et de l'Europe, qui a fermé peu à peu l'ancien océan Téthys. Le Rif, prolongement de l'arc bético-rifain, montre des nappes de charriage spectaculaires ; le Haut Atlas est une chaîne intracontinentale soulevée par cette même convergence. Si tu as répondu C, tu as pensé à l'Himalaya (Inde-Asie) ; si tu as répondu D, à la subduction andine. Retiens l'ancrage : la géologie de la convergence est sous tes pieds au Maroc, pas seulement au Tibet ou dans les Andes.
Sur le flanc d'une falaise du Haut Atlas, une couche calcaire dessine une grande arche dont le sommet est tourné vers le haut. De quelle structure s'agit-il, et qu'indique-t-elle ?
Pourquoi une lithosphère océanique âgée finit-elle par plonger en subduction, alors qu'à sa naissance à la dorsale elle flottait ?
Dans une zone de subduction, d'où vient le magma qui alimente l'arc volcanique, et grâce à quel mécanisme se forme-t-il ?
Sur une carte géologique du Rif, on lit qu'une formation ancienne repose par-dessus une formation plus récente. Quelle est l'interprétation correcte ?
Une roche contient du glaucophane, minéral des « schistes bleus », qui se forme sous forte pression mais température relativement basse. Quel contexte cette roche a-t-elle connu ?
Comment des granites qui ont cristallisé à 15 km de profondeur peuvent-ils se retrouver aujourd'hui à l'affleurement, sous nos pieds ?
Dans une zone de subduction, les volcans de l'arc apparaissent juste au-dessus de la fosse, là où la plaque commence à plonger.
La subduction et la collision sont deux phénomènes concurrents qui s'excluent : une frontière connaît l'un ou l'autre, jamais les deux successivement.
Si l'érosion enlève 1 km de roche au sommet d'une chaîne, l'altitude du sommet baisse exactement de 1 km.
Le long du plan de Wadati-Benioff, les foyers des séismes sont superficiels près de la fosse, puis de plus en plus profonds. Jusqu'à quelle profondeur maximale environ ces séismes peuvent-ils descendre, marquant la limite inférieure de la plaque rigide enfouie ? Réponds en kilomètres.
À la frontière où la plaque Nazca rencontre l'Amérique du Sud, Karim raisonne ainsi : « La plaque sud-américaine est immense et très vieille, alors que la plaque Nazca est plus petite ; c'est donc la plus grosse et la plus ancienne, l'Amérique du Sud, qui doit s'enfoncer sous l'autre. » Or c'est bien la plaque océanique Nazca qui plonge. Où est la faille de son raisonnement ?
Sur une coupe du Haut Atlas, Salma repère une faille de part et d'autre de laquelle une même couche-repère calcaire est décalée : le compartiment supérieur (le toit) est monté et chevauche le compartiment inférieur. Elle conclut : « Le toit a bougé, donc les blocs se sont écartés : c'est une faille normale, marqueur d'extension ; cette région a donc subi un étirement, pas une convergence. » A-t-elle raison ?
Salma explique le volcanisme des Andes : « La plaque océanique Nazca s'enfonce, elle s'échauffe en profondeur, elle finit par fondre, et ce magma remonte pour donner les volcans andésitiques. » Son explication contient une erreur de mécanisme. Laquelle ?
Karim affirme : « Puisqu'une roche métamorphique a subi de très fortes pressions et températures en profondeur, c'est forcément qu'elle a fondu, au moins en partie, pour que ses minéraux se réorganisent. » A-t-il raison ?
Au cœur d'une chaîne de collision (Alpes, Rif), on trouve parfois des ophiolites : des fragments de lithosphère océanique (basaltes en coussins, gabbros, péridotites) coincés dans la chaîne. Que prouvent-elles ?
Dans les zones les plus profondes et les plus chaudes d'une chaîne de collision, on observe des migmatites. Que marquent-elles précisément dans l'histoire pression-température des roches ?
Sur une carte du cœur d'une vieille chaîne de montagnes, Karim repère des failles normales (marqueurs d'extension). Il conclut : « Il y a des failles normales, donc cette région n'a jamais été en compression : ce n'est pas une chaîne de montagnes de convergence. » Où est la faille de son raisonnement ?
L'Inde avance vers l'Asie à environ 5 cm/an. En supposant cette vitesse constante depuis le début de la collision, il y a 50 millions d'années, quel raccourcissement total ce déplacement représente-t-il ? Réponds en kilomètres.
Dans quel ordre chronologique se déroulent les grandes étapes du cycle orogénique (cycle d'une chaîne de montagnes) ?
Une roche à glaucophane (un « schiste bleu ») témoigne d'une forte pression associée à une température relativement basse. Dans quel contexte s'est-elle formée, et pourquoi ce couple pression-température si particulier ?
En sortie de terrain dans le Haut Atlas, au-dessus d'Aït Benhaddou, Amine reçoit une coupe géologique simplifiée. Il y lit : des couches calcaires plissées (un anticlinal et un synclinal) ; une grande faille inverse où un calcaire ancien chevauche une couche plus jeune ; un Moho mesuré à 40 km sous la chaîne (contre 30 km sous les plaines voisines) ; aucune fosse ni arc volcanique d'andésites, mais des nappes de charriage vers le Rif et des lambeaux d'un ancien océan. Reconstitue, étape par étape, l'histoire que cette coupe raconte : nature des déformations, état de la croûte, type de frontière (subduction ou collision), et place dans le cycle orogénique.
Karim observe un diagramme pression-température sur lequel sont tracés deux trajets P-T fléchés. Le trajet 1 part de la surface et descend vers la gauche du diagramme : la pression augmente fortement, mais la température reste basse. Le trajet 2 descend vers la droite : la pression et la température augmentent ensemble, et le trajet finit par franchir la courbe du solidus. Karim affirme : « Les deux trajets décrivent la même chose, juste à des vitesses différentes. » A-t-il raison ? Identifie chaque trajet, son contexte géologique, et explique ce qui se passe quand le trajet 2 franchit le solidus.
Salma examine une carte géologique du Rif. Elle remarque qu'une formation datée du Trias (ancienne) repose directement au-dessus d'une formation du Crétacé (plus récente). Elle conclut : « C'est impossible, le plus vieux est toujours en dessous : la carte doit être fausse. » Explique pourquoi Salma se trompe, nomme la structure responsable, et indique ce que cette observation révèle sur l'histoire géologique du Rif.
Yasmine compare deux régions du Maroc. Région X : sommets élevés (jusqu'à plus de 4 000 m), séismes récents, plis bien visibles. Région Y : aucun relief notable, mais des roches plissées et métamorphisées affleurant à plat, datées de 300 millions d'années. À quelle étape du cycle orogénique correspond chaque région ?
Dans un ancien arc de subduction aujourd'hui érodé, on trouve à la fois des andésites (en surface) et d'énormes masses de granitoïdes (mises à nu en profondeur). Quelle affirmation est correcte ?
Une chaîne née en compression peut, à un stade avancé, présenter des failles normales (marqueurs d'extension). Comment expliquer ce paradoxe apparent ?
Dans un même grain de roche métamorphique, le cœur d'un cristal contient des minéraux de haute pression, tandis que la bordure en contient d'autres, formés à pression plus faible. Que peut-on reconstituer de l'histoire de cette roche ?
Trouver des lambeaux de lithosphère océanique (ophiolites) coincés au cœur d'une chaîne de collision continentale est contradictoire et prouve que la chaîne n'est pas une vraie collision.
Sur une coupe du Haut Atlas, Amine reconstitue qu'une bande de terrain mesurait L₀ = 100 km avant la convergence, et qu'elle n'occupe plus aujourd'hui que L₁ = 60 km après plissement et chevauchements. Calcule le taux de raccourcissement, défini par , exprimé en pourcentage.
Sous une plaine voisine, le Moho est à 30 km de profondeur. Sous l'Himalaya, les ondes sismiques le placent à 70 km. De combien de kilomètres la croûte est-elle épaissie sous la chaîne par rapport à la plaine ? Réponds en kilomètres.
Restitution organisée de connaissances. Dans les zones de subduction, un magmatisme intense produit des volcans — mais ceux-ci n'apparaissent pas au-dessus de la fosse : ils se situent à 100 ou 200 km de là.
Expose, sous forme d'un texte structuré (courte introduction, développement organisé, conclusion), comment la subduction engendre du magma. Tu expliqueras en particulier pourquoi la fusion se produit, quelle roche fond réellement, et pourquoi l'arc volcanique est décalé par rapport à la fosse. Aucune figure n'est attendue.
Yasmine étudie une coupe géologique de la marge ouest de l'Amérique du Sud (Andes). Elle relève quatre indices :
Reconstitue, étape par étape, le phénomène géodynamique en jeu, en justifiant chaque indice. Conclus sur le type de frontière et sur la plaque qui plonge.
On te donne un diagramme pression-température. Deux échantillons métamorphiques y sont reportés :
(1) Estime le gradient géothermique subi par chaque roche. (2) Lequel correspond à un gradient « froid » ? (3) À quel contexte géodynamique chaque échantillon appartient-il ? Justifie rigoureusement, en t'appuyant sur la vitesse et la thermique de l'enfouissement.
Restitution organisée de connaissances (ROC). À partir de tes connaissances, explique comment la collision continentale conduit à l'épaississement de la croûte et à la formation d'une chaîne de montagnes. Ton exposé sera structuré (introduction, développement organisé, conclusion) et s'appuiera sur les marqueurs tectoniques observables et sur la notion de racine crustale. Un schéma légendé est attendu.
Un océan large de 3 000 km s'est entièrement refermé par subduction en 60 millions d'années. En supposant la vitesse constante, calcule la vitesse moyenne de convergence correspondante, exprimée en cm/an.
Dans un massif ancien du Maroc (socle hercynien), Amine observe en surface deux types de roches : des granites dont l'étude montre qu'ils ont cristallisé à environ 15 km de profondeur, et des roches métamorphiques nées vers 30 km. Pourtant, le relief actuel de la région est faible. Explique, par quels mécanismes et dans quel ordre, ces roches formées en profondeur affleurent aujourd'hui, et ce que cet ensemble d'observations indique sur l'âge de la chaîne.
On modélise une chaîne de montagnes par l'équilibre isostatique d'Airy. La croûte a une masse volumique , le manteau . Pour un relief de hauteur au-dessus des plaines, la racine crustale (enfoncée sous le Moho normal) vérifie l'équilibre des pressions à la base de la racine :
Calcule , en kilomètres.
Salma étudie une coupe d'un vieux massif et raisonne : « J'y vois des roches andésitiques et des granitoïdes, donc il s'agit forcément d'une zone de subduction active aujourd'hui. » On te demande de repérer la faille logique de cette déduction. Quelle affirmation est correcte ?
Un schiste bleu à glaucophane s'est formé à une profondeur d'environ 30 km et à une température de 300 °C (la surface étant à ≈ 0 °C). Calcule le gradient géothermique moyen subi par cette roche, en °C/km, puis compare-le au gradient continental normal (~30 °C/km) et conclus sur le contexte.
On te fournit un dossier d'indices relevés dans une même région montagneuse :
Reconstitue l'histoire géodynamique complète de cette chaîne, dans l'ordre chronologique, en attribuant chaque indice à une étape du cycle orogénique.