Des contrastes entre continents et océans

Vue de l'espace, la Terre montre deux grands domaines : des continents, dont l'altitude moyenne est proche de $0$ km, et des océans, dont le fond se situe vers $-4$ km. Ce n'est pas un hasard de l'eau qui remplirait les creux : cette double répartition des altitudes traduit un contraste géologique profond. Les roches qui forment le fond des océans ne sont pas celles des continents ; elles n'ont ni la même composition, ni la même structure, ni la même densité. Ce chapitre présente les deux croûtes terrestres et leurs roches caractéristiques : basalte, gabbro et granite.

1. Une distribution bimodale des altitudes

1.1 La courbe hypsométrique

Si l'on mesure la surface de la Terre occupée par chaque tranche d'altitude (du sommet de l'Everest, $+8{,}8$ km, à la fosse des Mariannes, $-11$ km), on obtient une courbe à deux bosses : la distribution est dite bimodale.

Les altitudes intermédiaires ($-3$ à $-1$ km : talus continentaux) et extrêmes (chaînes de montagnes, fosses) sont rares. Une distribution unimodale (une seule bosse) serait attendue si les continents n'étaient que des reliefs d'une surface homogène. La bimodalité indique deux types de surface distincts : deux croûtes.

1.2 Une lecture sur les cartes

Les cartes des reliefs et les logiciels de visualisation (bathymétrie) montrent que le passage du continent à l'océan profond se fait par une marche : le plateau continental (peu profond, prolongement immergé du continent), puis le talus (pente forte), puis la plaine abyssale vers $-4\,500$ m. Les dorsales océaniques forment des reliefs sous-marins vers $-2\,500$ m, les fosses descendent au-delà de $-6\,000$ m.

2. Les roches de la croûte océanique

2.1 Des observations directes

On ne peut pas creuser jusqu'au manteau, mais la croûte océanique s'observe directement :

• par forages en mer, qui ramènent des carottes ;
• dans des failles qui entaillent la croûte, comme la faille Vema (Atlantique équatorial), où les parois exposent sur $6$ km de haut toute la succession des roches ;
• dans des ophiolites, morceaux d'ancienne croûte océanique portés sur les continents par les mouvements des plaques (Alpes, Oman).

Ces observations donnent toujours la même succession, de haut en bas : des sédiments (fins), des basaltes (souvent en « coussins », refroidis au contact de l'eau), puis des gabbros, et sous la croûte les péridotites du manteau.

2.2 Basalte et gabbro : même composition, structures différentes

Basalte et gabbro ont la même composition chimique (roches riches en fer et magnésium, pauvres en silice, dites basiques) : ils proviennent du même magma. Seule la vitesse de refroidissement change : lente, les cristaux ont le temps de grossir (gabbro) ; rapide, ils restent minuscules ou le magma se fige en verre (basalte).

3. Les roches de la croûte continentale

3.1 Une hétérogénéité de surface

La carte géologique de France au millionième montre une grande variété de roches en surface :

• des roches sédimentaires (calcaires, grès, argiles) dans les bassins (Bassin parisien, Bassin aquitain) et les plateaux ; formées par dépôt et compaction de sédiments ;
• des roches magmatiques : granites des massifs anciens (Massif central, Massif armoricain, Vosges), basaltes des volcans d'Auvergne ;
• des roches métamorphiques (gneiss, schistes, micaschistes) : anciennes roches transformées à l'état solide par la chaleur et la pression en profondeur (Massif central, Alpes).

3.2 Le granite, roche représentative en profondeur

Les forages profonds et les zones où l'érosion a décapé les couches superficielles montrent que, sous la couverture sédimentaire, la croûte continentale est essentiellement formée de granites et de roches voisines (gneiss). Le granite est la roche la plus représentative de la croûte continentale.

Le granite est une roche riche en silice (acide), claire, avec du quartz ; le gabbro, sans quartz, sombre, est riche en fer et magnésium. Même structure grenue, compositions différentes : ils ne viennent pas du même magma.

4. Densité et contraste des croûtes

4.1 Mesurer la densité d'une roche

La densité est le rapport entre la masse volumique de la roche et celle de l'eau ($1\,000$ kg·m⁻³ ou $1$ g·cm⁻³). Au laboratoire : peser l'échantillon ($m$), mesurer son volume par déplacement d'eau dans une éprouvette ($V$), puis :

$d = \frac{m}{V \times \rho_{\text{eau}}} = \frac{m \text{ (g)}}{V \text{ (cm}^{3})}$

Résultats typiques :

4.2 Deux croûtes, deux épaisseurs, deux densités

La croûte continentale, plus légère et plus épaisse, « flotte » plus haut sur le manteau que la croûte océanique, plus dense et plus mince : c'est ce contraste de nature qui explique la bimodalité des altitudes (le mécanisme précis, l'isostasie, sera vu plus tard).

5. Exemple résolu pas à pas

Énoncé. Un élève mesure deux échantillons. Échantillon A : masse $54{,}0$ g, volume $20{,}0$ cm³ ; roche claire à gros cristaux de quartz, feldspath et mica. Échantillon B : masse $58{,}0$ g, volume $20{,}0$ cm³ ; roche sombre, cristaux tous visibles de pyroxène et plagioclase, sans quartz. a) Calculer les densités. b) Identifier chaque roche et sa croûte d'origine. c) Un troisième échantillon C, de même composition que B, présente des microlites dans du verre : le nommer et expliquer la différence de structure. d) Expliquer en quoi ces mesures éclairent la distribution bimodale des altitudes.

Résolution.

a) $d_{A} = 54{,}0 / 20{,}0 = 2{,}70$ ; $d_{B} = 58{,}0 / 20{,}0 = 2{,}90$.

b) A : structure grenue, quartz + feldspath + mica, $d = 2{,}7$ : granite, croûte continentale. B : structure grenue, pyroxène + plagioclase, sans quartz, $d = 2{,}9$ : gabbro, croûte océanique.

c) C est un basalte : même magma que le gabbro, mais refroidi rapidement en surface (contact avec l'eau de mer), les cristaux n'ont pas eu le temps de grossir.

d) La croûte continentale (granite, $2{,}7$) est moins dense que la croûte océanique (gabbro et basalte, $2{,}9$ à $3{,}0$) : deux matériaux différents, d'où deux niveaux d'altitude distincts et non un continuum.

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🎯 Rédiger. Pour identifier une roche, donner trois arguments : structure (grenue ou microlitique), minéraux (quartz ou non), densité ; conclure en nommant la roche et la croûte.

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📌 À retenir

1. La distribution des altitudes est bimodale (continents vers $0$ km, océans vers $-4$ km) : deux croûtes de nature différente.
2. Croûte océanique : basaltes (structure microlitique, refroidissement rapide) sur gabbros (structure grenue, refroidissement lent), même composition basique, sans quartz ; observée par forages, faille Vema, ophiolites.
3. Croûte continentale : hétérogène en surface (roches sédimentaires, magmatiques, métamorphiques), formée en profondeur de granite (grenu, quartz + feldspaths + micas, riche en silice).
4. Densité $d = m / V$ : granite $2{,}7$, basalte $2{,}9$, gabbro $3{,}0$, péridotite $3{,}3$.
5. Croûte continentale : moins dense, plus épaisse ($30$ km), plus ancienne ; croûte océanique : plus dense, mince ($7$ km), jeune.