Tectonique des plaques

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Carte des plaques tectoniques terrestres. Les flèches indiquent les mouvements relatifs de chaque plaque

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.

Sommaire

1 Histoire
2 Le modèle actuel
3 Tectonique des plaques et convection dans le manteau
4 Les limites du modèle
5 Devenir des continents; leur rassemblement périodique
6 Liste des plaques tectoniques
7 Références
8 Voir aussi
- 8.1 Liens internes
- 8.2 Liens externes

Histoire

Au début du XX^e siècle, Alfred Wegener propose la théorie de la dérive des continents : un super continent, 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 arguments sérieux, sera longtemps rejetée par des géologues, Wegener ne proposant pas de modèle sérieux pour expliquer la dérive.

C'est seulement dans la deuxième moitié du XX^e siècle que la communauté scientifique, convaincue par la présentation de nouvelles preuves, va finalement accepter 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 sera énoncée finalement 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 connaît 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 élevé 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 connaît 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). Les plaques (la lithosphère) sont rigides et cassantes et le manteau sous-jacent (l'asthénosphère) est ductile et déformable : il n'existe donc peu ou pas de couplage mécanique entre ces deux couches et les mouvements de convection de l'asthénosphère ne sont pas responsables des déplacements des plaques.

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; leur 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

Xavier Le Pichon^[2], Jean-Michel Gaulier^[3] et Coll. ont modélisé le mouvement de cinq continents se déplaçant de façon aléatoire à une vitesse de 100 millimètres par an^[4]. Leurs calculs montrent qu'il faudrait quelques 430 millions d'années pour que, leurs déplacement 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. Un supercontinent forme un « bouclier thermique » qui empêche cette chaleur de s'évacuer. 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

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 ») :

Références

↑ 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.
↑ Professeur au Collège de France, titulaire de la chaire de géodynamique
↑ groupe Total
↑ La plaque Pacifique se déplace de 100 milliètres par an et l'Inde, il y a 45 millions d'années glissait de l'ordre de 150 millimètres annuels.