TdP: De la dérive des continents à la tectonique des plaques

Une révolution dans les Sciences de la Terre

1. La dérive des continents




Les ponts continentaux
Avant Wegener et sa théorie de la dérive des continents, les géologues considéraient leurs positions comme immuables.
Certaines (par exemple Bacon, dès 1620) avaient cependant remarqué la similitude de forme entre Afrique et Amérique du Sud. À la fin du 19ème siècle, Edouard Suess avait noté des analogies de faunes et flores fossiles entre des régions aujourd'hui séparées par des océans. Cela indiquait pour lui, l'existence antérieure de ponts continentaux qui se seraient effondrés car, sinon, l'isolement génétique aurait abouti à d'importantes divergences entre les espèces. En 1887, Marcel Bertrand, observant le prolongement de chaînes montagneuses européennes (calédonienne, hercynienne, et alpine) sur le continent américain, avait abouti à la même conclusion : le super continent réunissant autrefois Europe et Amérique s'est effondré en son centre, créant l'océan Atlantique.

Wegener et la dérive des continents



Reprenant les observations effectuées précédemment, Alfred Wegener, énonce que les continents, autrefois réunis en un seul qu'il nomme Pangée, se sont dispersés pour atteindre progressivement leurs positions actuelles. Le déplacement vertical (effondrement des ponts continentaux) est remplacé par un déplacement horizontal.

Les arguments présentés par Wegener en faveur de sa théorie sont :
- la correspondance entre les formes des continents et entre les chaînes montagneuses
- les analogies de faunes et flores fossiles
- les traces glaciaires, qui ne peuvent se comprendre que si les continents ont été réunis
- l'ampleur des déformations tectoniques observées dans les chaînes de montagnes, qui nécessitent des mouvements tangentiels très importants.

    
Traces glaciaires actuelles et réunies sur la Pangée

Mécanisme du déplacement : d'après Wegener, les continents fendent la croûte océanique sous l'effet du mouvement de rotation terrestre, formant les montagnes sur leurs bordures. Ce mécanisme implique une fluidité de la croûte océanique, et Wegener imaginait donc que celle-ci fondait à plus faible température que le matériel continental. Malheureusement pour sa théorie, les expériences prouvaient le contraire. De plus, la sismologie avait déjà démontré que le soubassement des océans était solide. Les géologues débouteront donc les idées de Wegener.

En 1928, Arthur Holmes proposa un autre mécanisme de déplacement des continents : la chaleur piégée dans la Terre provoque des courants de convection, des zones fluides sous la croûte qui montent, se déplacent latéralement puis s'enfoncent. Les courants peuvent ainsi monter sous les continents, s'étendre latéralement, puis plonger sous les océans. Malheureusement, Wegener, décédé en 1930, n'a jamais pu adapter les idées de Holmes à sa théorie.

En 1954, les études de Keith Runcorn et Ted Irving sur le paléomagnétisme des roches relancèrent la théorie de translation continentale. Ces études montrent en effet que la position du pôle de rotation a évolué au cours du temps. Cette migration polaire est annulée si l'on suppose un mouvement relatif entre les continents. Ces études ne suffirent cependant pas à imposer la théorie de Wegener, certains géologues arguant que les pôles peuvent migrer alors que les continents restent stationnaires.

Migration apparente du pôle sud





2. La théorie de l'expansion des fonds océaniques

Les inversions magnétiques du fond océanique ont été cartographiées à la fin des années 50. Lorsque le magma basaltique se refroidit au-dessous d'une certaine température appelée point de Curie, certaines parties des minuscules cristaux riches en fer qu'il contient s'aimantent dans le sens du champ magnétique terrestre. Ils conservent ensuite cette aimantation, qui est donc la mémoire du champ magnétique au moment du refroidissement de la croûte océanique d'origine magmatique. Or, ce champ s'est fréquemment inversé au cours de l'histoire géologique : le nord magnétique était proche du pôle nord géographique à certains moments, et du pôle sud géographique à d'autres. L'aimantation du basalte change ainsi de polarité selon l'époque à laquelle il s'est figé. Cette aimantation à son tour induit localement un champ magnétique, très faible mais mesurable, qui s'ajoute (aimantation normale) ou se retranche (aimantation inverse) au champ magnétique terrestre actuel. D'où les "anomalies" positives ou négatives de ce champ mesurées dans les océans. Si l'on colore les anomalies magnétiques en blanc ou noir selon qu'elles sont positives ou négatives, on obtient une image en "peau de zèbre", symétrique de part et d'autre des reliefs océaniques


Au niveau des fosses océaniques
, K. Wadati a montré dès 1930 que les séismes étaient de plus en plus profonds du Japon vers l'intérieur du continent Asiatique. Benioff a observé la même distribution des tremblements de terre au niveau de ces fosses après la seconde guerre mondiale (1955). La distribution de profondeur des séismes au niveau des fosses océaniques est appelée plan de Wadati-Benioff.


En 1960 fut réalisée la carte du relief des fonds océaniques. Au lieu d'océans à fond plat, comblés en partie par des milliards d'années d'apports sédimentaires, cette carte révélait :
  • une très grande chaîne de reliefs positifs médio-océaniques et la présence de fosses de profondeur très importante, souvent en bordure des continents
  • des sédiments d'épaisseur faible à nulle dans les parties centrales des océans, plus importante sur le pourtour des bassins.



En 1962, Harry Hammond Hess présente une explication globale. À l'appui de cette explication, il avance que :

- les roches océaniques draguées sont toujours d'âge récent (au maximum Jurassique)
- les sédiments très épais correspondant à des milliards d'années d'érosion sont absents

Ses hypothèses sont :
  • le manteau est parcouru par des mouvements de convection, avec mouvements ascendants au niveau des reliefs médio-océaniques (les dorsales) et mouvements descendants au niveau des fosses océaniques
  • la croûte océanique est constamment recyclée alors que la croûte continentale légère dérive à la surface de la Terre
  • les continents ne se déplacent pas en fendant les fonds océaniques mais sont transportés passivement sur une sorte de tapis roulant.
Au même moment, Robert Dietz propose un modèle similaire : il affirme que la base du glissement n'est pas à la base de la croûte mais à la base de la lithosphère. C'est lui qui introduit la notion de sea-floor spreading, ou expansion des fonds océaniques.

En 1963, Lawrence Morley, Fred Vine et Drummond Matthews reprennent toutes ces données et interprètent les anomalies magnétiques des fonds océaniques comme des marqueurs de l'expansion : la lithosphère océanique est fabriquée au niveau des dorsales par accrétion continue de basalte à partir du manteau, s'écarte symétriquement de part et d'autre de cette dorsale et disparaît dans la manteau au niveau des fosses océaniques.

En 1966, Vine et Tuzo Wilson calculent la vitesse d'ouverture des dorsales océaniques : l'âge des inversions magnétiques peut être connu par corrélation avec les sédiments qui les surmontent. Toutes les dorsales ne s'ouvrent pas à la même vitesse. La dorsale médio-atlantique est dite lente (17 à 34 mm/an), alors que la dorsale est-pacifique est rapide (106 à 160 mm/an).


3. La théorie de la tectonique des plaques

Cette théorie naquit de la confrontation entre l'hypothèse de l'expansion des fonds océaniques et l'observation de la  répartition des séismes à la surface du globe, effectuée dès 1954 par Beno Gutenberg et Charles Francis Richter.


(http://natureendanger.canalblog.com/images/Tectonique_des_plaques_dans_le_monde.jpg)

Les séismes se répartissent selon des zones précises : dorsales, fosses océaniques, failles transformantes, chaînes montagneuses. Ils restent superficiels, sauf au niveau des fosses où Wadati et Benioff avaient montré qu'ils s'étageaient selon un plan incliné jusqu'à des profondeurs de 700 km.

En 1967, Jack Oliver et Bryan Isacks interprétèrent ces plans inclinés comme la trace de la lithosphère océanique retournant au manteau. Cette notion de destruction de lithosphère océanique était nécessaire, puisque, la Terre n'étant pas en extension, une destruction devait compenser la création au niveau des dorsales.
La même année, Jason Morgan développa la première hypothèse "plaquiste" en énonçant que la lithosphère est découpée en blocs rigides qui se déplacent les uns par rapport aux autres. En 1968, Xavier Le Pichon réalisa une première application de la théorie en divisant la surface du globe en 6 plaques lithosphériques. Vine et Hess introduisirent alors l'expression de "tectonique des plaques".

Cette théorie, rapidement acceptée par les géophysiciens, rencontra plus de réticences du côté des géologues, car elle ne répondait pas à certaines questions de la géologie continentale (comme par exemple l'existence de séismes intra-plaques).

Il fallut attendre 1969-1970 pour que John Dewey et John Bird remettent à plat toutes les anciennes conceptions et définissent les marges continentales passives, actives, les chaînes de collision. Ils affirmèrent que les montagnes anciennes résultaient d'anciennes collisions et étaient les témoins d'océans disparus.





Webographie
Article sur la tectonique des plaques
Site Planet Terre : article sur la dérive des continents, article sur l'histoire de la tectonique des plaques




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