Ligne de faille

Tectonique des plaques

Carte des plaques tectoniques terrestres.

Âge des plaques du fond océanique (les rouges sont les plus jeunes)

La tectonique des plaques (d'abord appelée dérive des continents) est le modèle actuel du fonctionnement interne de la Terre. Elle est l'expression en surface de la convection qui se déroule dans le manteau terrestre.

La lithosphère, couche externe de la Terre est découpée en plaques rigides qui flottent et se déplacent sur l'asthénosphère, plus ductile. Les premiers concepts, balbutiés dès le XVIII^e siècle, ont été formulés en 1912 par le climatologue allemand Alfred Wegener à partir de considérations cartographiques, structurales, paléontologiques et paléoclimatiques.

Histoire

Au début du XX^e siècle, l'Allemand Alfred Wegener remarque que par la disposition des continents, la côte est de l'Amérique du Sud semble s'emboiter parfaitement dans la côte ouest de l'Afrique. D'autres bien avant lui s'en sont aperçus mais il est le premier à alors proposer, à partir de cette observation, la théorie de la dérive des continents : un supercontinent, la Pangée, se serait fragmenté au début de l'ère secondaire et, depuis cette date, les masses continentales issues de cette fragmentation dériveraient à la surface de la Terre. Cette intuition, pourtant étayée par des faits convaincants, a longtemps été rejetée par des géologues, Wegener proposait comme explication le broutage des continents sur le fond des océans pour expliquer la dérive. Mais, dans cette vision théorique, la dérive se caractérise par la formation de trou béant. Les mécanismes et la morphologie interne de la Terre étaient encore inconnus pour une interprétation plausible de la dérive.

C'est seulement dans la deuxième moitié du XX^e siècle que la communauté scientifique, convaincue par la présentation de nouvelles preuves, accepte finalement le modèle de tectonique des plaques. L'hypothèse des mouvements de convection dans le manteau, émise par Arthur Holmes en 1945, propose un moteur plausible à ces déplacements de continents. Mais c'est la compréhension du fonctionnement des fonds océaniques, avec l'hypothèse du double tapis roulant formulée par Harry Hess en 1962, qui marque une véritable révolution des sciences de la Terre.

La théorie synthétique de la tectonique des plaques est énoncée en 1967 par l’Américain William Jason Morgan, le Britannique Dan McKenzie et le Français Xavier Le Pichon.

Le modèle du double tapis roulant comme moteur de la tectonique des plaques est remis en question à partir des années 1990.

Le modèle actuel

Schéma général des différents types de volcanisme associés aux mouvements des plaques tectoniques.

On admet à présent que les plaques tectoniques sont portées par les mouvements du manteau asthénosphérique sous-jacent et subissent des interactions dont les trois types principaux sont :

• la divergence : se dit d'un mouvement éloignant deux plaques l'une de l'autre, laissant le manteau remonter entre elles. Leur frontière divergente correspond à une ride océanique ou dorsale, lieu de création de lithosphère océanique et théâtre de volcanisme intense. Le volcanisme au niveau des dorsales est généralement basaltique, avec une géochimie tholéiitique. C'est à travers ce mouvement que se crée la croûte lithosphérique (couche rigide située au-dessus du manteau supérieur) ;

Modèle de tectonique des plaques.

• la convergence : se dit d'un mouvement rapprochant deux plaques l'une de l'autre, compensant ainsi l'expansion océanique en d'autres zones du globe. Trois types de frontière de plaques convergentes accommodent le rapprochement :
  • une zone de subduction là où une plaque (en général la plus dense) plonge sous une autre, moins dense ; le volcanisme au-dessus des zones de subduction est généralement andésitique, avec une géochimie calco-alcaline. La côte ouest de l'Amérique du Sud en est un exemple ;
  • une zone de collision, là où deux plaques se confrontent. C'est le cas notamment de la chaîne de l'Himalaya, à la frontière entre la plaque indienne et la plaque eurasienne ;
  • une zone d'obduction, là où une lithosphère océanique est transportée sur un continent. On ne connait pas d'obduction actuellement active à la surface du globe terrestre ;

• le coulissage ou transcurrence : se dit du glissement horizontal de deux plaques, l'une à côté et le long de l'autre.

À ces trois types d'interaction sont associées les trois grandes familles de failles :

• une faille normale est divergente (extensive) ;
• une faille inverse est convergente (compressive) ;
• un décrochement est transcurrent (les axes d'extension et de compression sont dans le plan horizontal).

L'origine de la force qui rend les plaques mobiles est discutée : elle peut être liée à la contrainte cisaillante entre la lithosphère et l'asthénosphère (liée à la convection et à l'importance du couplage entre la lithosphère et l'asthénosphère), au poids de la lithosphère subductante (qui tire toute la plaque), à l'altitude plus élevée de la lithosphère à la dorsale (écoulement gravitaire) ou à la poussée à la ride (la formation de la lithosphère pousse toute la plaque). Ces possibilités ne sont pas exclusives, mais les contributions relatives dans le mouvement sont très discutées et dépendent des études, en particulier le rôle du couplage entre la lithosphère et l'asthénosphère, considéré comme majeur jusque dans les années 1990 est fortement remis en question.

Tectonique des plaques et convection dans le manteau

La Terre possède une chaleur importante du fait de la radioactivité (désintégration du potassium, de l'uranium et du thorium) et de la chaleur d'accrétion initiale. Elle se refroidit en évacuant la chaleur à sa surface. Pour cela, on connait trois mécanismes : conduction thermique, convection et transfert radiatif. Au niveau du manteau terrestre, la majeure partie du flux de chaleur est évacuée par la mise en mouvement des roches (convection). La convection est induite par la présence de matériel chaud (donc moins dense) sous du matériel moins chaud (donc plus dense). Ces mouvements sont très lents (de l'ordre de 1 à 13 cm/an).

Jusqu'à peu les géologues considérait que le couplage mécanique entre les mouvements de l'asthénosphère et de la lithosphère était le principal moteur de la tectonique des plaques. L'importance de ce couplage entre la lithosphère (rigide et cassante et l'asthénosphère (manteau sous-jacent ductile et déformable) est remis en cause.

Les limites du modèle

La dérive des continents, à partir de la pangée.

La tectonique des plaques est parfaitement valable pour les plaques océaniques (ou pour les parties océaniques des plaques mixtes). En effet, les plaques océaniques sont minces et rigides; leurs limites sont très nettes (ride médio-océanique, failles transformantes ou zones de subduction). Par contre, les plaques continentales sont beaucoup plus épaisses et moins rigides. Les limites de plaques sont donc beaucoup plus floues, et l'on peut considérer comme limite la suture paléogéographique (l'ancien océan), ou la zone qui se déforme actuellement (dans les cas de l'Himalaya-Tibet, la différence est de plusieurs milliers de km).
De plus, ce manque de rigidité induit la présence d'une multitude de "blocs" ou de "microplaques", plus ou moins indépendantes. La mosaïque en Méditerranée en est un bon exemple, avec une multitude de systèmes en extension (mer Tyrrhénienne, mer d'Alboran, mer Égée) dans un contexte compressif (rapprochement des plaques africaines et européennes). Le modèle de tectonique des plaques trouve ici ses limites, et certains modèles peuvent mieux expliquer certaines structures sans la tectonique des plaques (dans l'Est du plateau Tibétain, par exemple)^[1].

Devenir des continents; leur rassemblement périodique et histoire du climat

Xavier Le Pichon,^{[Note 1]} Jean-Michel Gaulier^{[Note 2]} et Coll. ont modélisé le mouvement de cinq continents se déplaçant de façon aléatoire^{[Note 3]} à une vitesse de 100 millimètres par an.^{[Note 4]} Leurs calculs montrent qu'il faudrait quelques 430 millions d'années pour que, leurs déplacements convergeant, ces continents s'unissent. Dès lors, rien n'interdit de penser que cela se concrétisera.

La chaleur de la Terre ne s'évacue pas de la même façon selon que les continents sont regroupés en un seul ou qu'ils sont dispersés comme c'est le cas aujourd'hui et selon leur position (qui influe sur leur albédo, plus claires en zone polaire par exemple). Les chaines de montagnes terrestres ou sous marines modifient respectivement la circulation des masses d'air humide et des courants marins.
Un supercontinent forme un « bouclier thermique » qui modifie la manière dont la chaleur s'évacue. Il se disloquera nécessairement en plusieurs fragments. Cela marquera le début d'un nouveau cycle de Wilson ainsi baptisé en l'honneur de John Tuzo Wilson (1908-1993), géophysicien canadien, qui a, le premier, émis l'hypothèse de ce rassemblement périodique des continents.

Liste des plaques tectoniques

Article détaillé : Liste de plaques tectoniques.

Carte de l'activité tectonique soulignant les limites de plaque.

La liste des plaques actuelles est, par ordre alphabétique (des unités plus petites existent; on les appelle « blocs » ou « microplaques ») :

• Afrique
• Amérique du Nord
• Amérique du Sud
• Antarctique
• Arabie
• Australie
• Caraïbes
• Cocos
• Eurasie
• Inde
• Juan de Fuca
• Nazca
• Pacifique
• Philippines ou « mer des Philippines »

Notes

1. ↑ Professeur au Collège de France, titulaire de la chaire de géodynamique.
2. ↑ Du groupe Total.
3. ↑ A préciser : le déplacement des continents n'est pas « aléatoire » ; une pangée future est prévue pour dans ~250 millions d'années.
4. ↑ La plaque Pacifique se déplace de 100 millimètres par an et l'Inde, il y a 45 millions d'années glissait de l'ordre de 150 millimètres annuels.

Références

1. ↑ Royden, L.H., Burchfiel, B.C., King, R.W., Wang, E., Chen, Z., Shan, F., and Liu, J., 1997, Surface deformation and lower crustal flow in eastern Tibet: Science, v. 276, p. 788-790.

Voir aussi

Liens internes

• Plaque tectonique
• Tectonique
• Point chaud

Liens externes

• (fr) Tectonique des plaques et dérive des continents
• (fr) Objectif Terre, la géodynamique
• (fr) Le dessous des cartes : la tectonique des plaques (vidéo sur DailyMotion)
• (fr) Animation en Flash ; du Précambrien (-600 Ma) à nos jours.

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